Работа генератора постоянного тока: Принцип действия генератора постоянного тока

Разное

Содержание

из чего состоит, типы, схема и назначение

На чтение 5 мин. Просмотров 172 Опубликовано Обновлено

Генератор постоянного тока – это электротехническое оборудование, которое продуцирует напряжение постоянной величины. Устройство имеет довольно сложное техническое строение, которое можно назвать совершенством технической мысли.

Принцип действия

Генератор постоянного тока

Каждый проводник оснащен магнитом, к концам которого подключена нагрузка. При ее подключении по ним непрерывно протекает переменный ток. Природа его происхождения объясняется тем, что во время работы полюса магнита непрерывно меняются местами. На этом принципе основывается работа генератора переменного тока.

Чтобы ток не изменял своего направления, требуется успевать соединять точки коммутации нагрузки со скоростью аналогичной скорости вращения магнита. Справиться с поставленной задачей может только контроллер – небольшое электротехническое устройство, которое состоит из нескольких токопроводящих секторов, разделенных диэлектрическими пластинами. Оно фиксируется на якоре устройства и вращается с ним синхронно.

Электрическая энергия с якоря удаляется с помощью щеток. Используются чаще всего кусочки графита, обладающие высокой электропроводностью и низким коэффициентом трения.

Все эти процессы способствуют образованию на выходе электротехнической установки пульсирующего напряжения одной величины. Для сглаживания этой пульсации применяется несколько якорных обмоток. Чем их больше установлено, тем меньше будут броски напряжения на выходе.

Характеристики и строение

Как и абсолютное большинство других электрических агрегатов, генератор постоянного тока в свой состав включает статор и якорь.

Якорь изготавливают из стальных пластин с небольшими углублениями, в них помещаются обмотки. Их концы обязательно коммутируют с коллектором, который изготовлен из медных пластин, разделенных диэлектриками. По окончании сборки вал, якорь с обмотками и коллектор становятся одним целым.

Статор выполняет не только свою непосредственную функцию, но и является корпусом, к внутренней поверхности которого крепятся электрические магниты и постоянные. Предпочтительнее первый вариант, их сердечники могут быть набраны из металлических пластин или отлиты вместе с корпусом. Еще на корпусе предусмотрены специальные отверстия для крепления токосъемных щеток.

Количество графитов будет изменяться в зависимости от количества полюсов магнитов, которыми оснащен статор. Количество щеток равно количеству пар полюсов.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила генератора постоянного тока или ЭДС представляет собой величину, которая прямо пропорциональна потоку магнитов, количеству активных проводников и частоте вращения якоря. При уменьшении или увеличении этих показателей удается управлять величиной электродвижущей силы и напряжением. Установить требуемые параметры можно с помощью регулировки частоты вращения якоря.

Мощность оборудования и КПД

Мощность генератора постоянного тока встречается как полная, так и полезная. При постоянной электродвижущей силе генератора полная мощность пропорциональна силе тока.

Еще одной важной технической характеристикой альтернатора является его коэффициент полезного действия. Это понятие представляет собой отношение полезной мощности к полной.

На холостом ходе КПД равно нулю, максимальные показатели достигаются при номинальных нагрузках. В мощных инновационных моделях генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия приближается к 90%.

Разновидности по способу возбуждения

По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на два вида:

  • с самовозбуждением;
  • с независимым возбуждением обмоток.

Для самовозбуждения оборудования обязательно требуется электричество, которое им же и вырабатывается. По принципу коммутации обмоток самовозбуждающиеся якоря альтернаторов делятся на следующие разновидности:

  • оборудование с параллельным возбуждением;
  • устройства с последовательным возбуждением;
  • генераторы смешанного типа, которые получили название – компудные.

Каждая разновидность имеет свои конструктивные особенности, преимущества и недостатки.

Для обеспечения оптимальных условий для работы оборудования требуется наличие стабильного напряжения на зажимах. Особенность устройства заключается в параллельном возбуждении выводов катушки, которые подсоединены через регулировочный реостат, расположенный параллельно обмотке якоря.

Для оборудования с независимым возбуждением источником питания выступают внешние устройства или аккумуляторные батареи. В маломощных модификациях устанавливаются постоянные магниты, обеспечивающие создание основного магнитного потока. Основное достоинство заключается в том, что на напряжение на зажимах не влияет возбуждающий ток.

Устройства со смешанным возбуждением сочетают положительные качества вышеописанных разновидностей. Конструктивные особенности – две катушки индуктивности, основная и вспомогательная. Цепь параллельной обмотки включает в себя реостат, который используется для регуляции силы тока возбуждения.

Область применения

Система постоянного тока в самолете

Генераторы постоянного тока имеют довольно обширный список применения. Его активно используют практически во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении и при сооружении российских локомотивов нового поколения, которые оснащают асинхронные двигатели, характеризующиеся работой на переменном токе.

Также электротехническое оборудование может использовать в быту для портативных сварочных аппаратов с автономной системой питания и для бытовой техники, оснащенной мощными пусковыми двигателями.

Перед покупкой следует проанализировать, с какими целями электротехническое оборудование должно будет справляться. Исходя из этого подбирается наиболее подходящая модификация генераторов постоянного тока.

Приобрести оборудование можно в специализированных магазинах или на интернет-площадках. При покупке важно проверить наличие всей необходимой сопроводительной документации и гарантийного талона. Предварительно также осматривается целостность корпуса и наличие повреждений: если таковые имеются, лучше воздержаться от покупки. При покупке через интернет стоит внимательно ознакомиться с отзывами о магазине на различных форумах.

устройство и принцип работы / действия

Такая машина предназначена для генерации постоянного тока с применением перемещения проводника в магнитном поле. В данной статье рассмотрены физические принципы работы, конструкторские схемы, расчёт и сфера применения этого устройства.

Промышленный генератор постоянного тока

Генерация электроэнергии

На рисунке ниже изображён простейший опыт, который помогает понять принцип действия генератора.

Образование тока при движении проводника

Если переместить проводник в пространстве так, чтобы он пересекал линии магнитного поля, то в нём образуется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление называют индукцией. При замыкании свободных концов в цепи будет течь ток, который можно использовать для питания лампы накаливания, или другой полезной нагрузки.

На рисунке изображена правая рука с отогнутым в сторону перемещения проводника большим пальцем. Этот простой способ используют для наглядного определения направления тока в цепи.

Для получения необходимого результата допустимо передвижение, как проводника, так и магнита.

По указанной выше схеме действующую машину создать не получится. Но следующий вариант вполне применим на практике.

Схема устройства и ЭДС на выходе

На рисунке изображена рамка, вращающаяся в магнитном поле (направление силовых линии обозначены стрелкой «В»). Съёмники энергии – это специальные щётки. Рамка присоединена к половинам колец (коллекторам), разъединённым электрически с помощью особых изолирующих вставок. На выходе этого устройства электродинамическая сила будет изменяться в соответствии с приведённым графиком. Её величину определяет расчёт на основе следующей формулы:

е=2В*n, где

В – это поток созданного магнитного поля в Вб;

n – количество полных оборотов рамки за одну секунду.

Из формулы понятно, что получить больше электроэнергии можно двумя способами. Для этого надо увеличить скорость вращения либо повысить силу магнитного поля.

Уменьшение пульсации

На графике, который изображён выше, указан уровень еср. Если бы удалось стабилизировать ЭДС генератора на соответствующем значении, был бы получен нужный результат. Как такая задача решается на практике, видно из следующего рисунка.

Сглаживание электромагнитных колебаний с помощью нескольких рамок

Выходные электрические параметры этой машины далеки от идеала. Но ясно, что последовательное увеличение количества рамок позволит получить достаточно равномерный верхний уровень. Позитивное влияние в этом случае будут оказывать переходные процессы и взаимодействие электромагнитных полей, ведь приведённые графики иллюстрируют только примерные данные. Но даже в таком варианте ЭДС генератора на выходе будет изменяться не на всю амплитуду, а лишь на величину от Еmin до Еmax.

Увеличение количества рамок (витков обмоток генератора) и коллекторов поможет сгладить колебания на выходе.

Опытным путём можно подтвердить, что применение 20-22-х коллекторные конструкции позволят снизить пульсации ЭДС до 1-0,9%. Такие изменения на выходе генератора вполне приемлемы для решения многих практических задач.

Особенности работы генератора

Выше было отмечено улучшение качества электрических параметров при увеличении числа витков в обмотках. Но такое решение позволит получить ещё один положительный эффект. С его помощью увеличивают индуцируемую ЭДС на выходе в расчёте на один оборот ротора. Такой приём используют для того, чтобы генератор постоянного тока выполнял свои функции с высоким коэффициентом полезного действия.

С целью дальнейшего улучшения работы машины, конструкторы изучили возможности постоянных магнитов. Они способны выполнять свои полезные функции в автономном режиме без подключения к внешнему источнику энергии. Однако более сильное поле с помощью таких решений создать невозможно. Необходимый результат могут обеспечить только электромагниты.

Точный расчёт в этом случае будет сделать проще.

Выше были рассмотрены «идеальные» ситуации. Но при реализации конкретных проектов возникали разные затруднения. Например, необходимо было найти материал, который обеспечит хорошую электрическую проводимость, но одновременно не будет провоцировать ускоренный износ поверхности коллектора. Решение известно – это графитовые стержни, которые прижимаются с помощью пружин. Такие изделия сами постепенно истираются. Поэтому необходим определённый запас щёток для своевременной замены.

Для описания другой проблемы нужно пояснить некоторые процессы при вращении ротора в магнитном поле. Необходимо привести определения следующих базовых понятий:

  • геометрической нейтралью называют линию, которая проведена на равном расстоянии от северного и южного полюса;
  • физической называют такую линию, которая условно разделяет области воздействия полей, создаваемые электрической машиной.

В статическом положении эти линии совпадают. Но при начале вращения геометрическая – остаётся на своём месте, а физическая – отклоняется на определённый угол. Определённое влияние на этот процесс оказывает индуцированный ток, который индуцирует якорь. Суммарное воздействие всех полей ещё больше увеличивает угол смещения нейтрали (в сторону вращения ротора).

Чтобы максимально усилить эффективность генерации, графитовые стержни должны соприкасаться в месте выхода условной физической линии из коллектора.

Для этого точку прижима щёток смещают относительно геометрической центральной оси. При отклонении возникают электрические потери, образуются искры, которые попадают на коллекторные пластины. В такой ситуации появляющаяся окалина ухудшает проводимость, что ещё более снижает КПД установки.

Понятно, что в реальных условиях, когда нагрузка на выходе генератора изменяется, пришлось бы постоянно выполнять коррекцию положения щёток. Никакой расчёт в этом случае не поможет, ведь механическое перемещение щёток было бы слишком сложным. Чтобы исключить подобные вредные влияния устанавливают дополнительные полюсы. С их помощью создают магнитное поле. Оно компенсирует искажения, которые вносит якорь. Эти же части конструкции выполняют ещё одну важную функцию. При правильной настройке они нейтрализуют броски, при изменении направления тока в каждый момент, когда якорь переходит через нейтраль.

Схемы электрических машин

Генераторы постоянного тока создают, со следующими схемами, обмоток возбуждения:

  • независимой;
  • последовательной;
  • параллельной;
  • смешанной.

Каждый из способов работы генератора имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Принцип независимого возбуждения понятен из названия. В этом случае напряжение питания подаётся от внешнего источника. Это может быть аккумуляторная батарея либо отдельный генератор, выполняющий вспомогательные функции.

Ток в такой обмотке достигает сравнительно небольших величин. Как правило, он не превышает 5-6% от генерируемого тока.

Чтобы изменять создаваемое обмоткой магнитное поле в цепь питания вставляют регулируемое сопротивление.

В некоторых типовых схемах используют изменение напряжения Uв.

Независимое возбуждение обмотки электрического генератора постоянного тока

Чтобы понять, как работает машина, и определить оптимальный алгоритм настройки, надо измерить электрические параметры в режиме холостого хода. Он отличается отсутствием нагрузки в выходной цепи. Поэтому соответствующие влияния можно не принимать в расчёт. В таком состоянии напряжение, создаваемое генератором, будет равно ЭДС. На следующем рисунке в части а) приведён примерный график.

Графики электрических параметров генератора постоянно тока с независимым возбуждением обмотки

В этом эксперименте якорь вращается с неизменной скоростью (n1), поэтому только ток в обмотке возбуждения определял величину магнитного поля и, соответственно, ЭДС на выходе. Восходящий участок графика (1) показывает изменение напряжения на выходе при увеличении тока в обмотке. Нисходящий (2) – обратное действие при уменьшении тока. На нижнем графике приведены значения, которые были получены при снижении скорости вращения.

В части б) размещён график, иллюстрирующий изменение напряжения при разных нагрузках. Здесь постоянными были скорость вращения ротора и ток в обмотке возбуждения. Падение U0 объясняется снижением ЭДС, которое происходит из-за паразитного действия магнитного потока, создаваемый якорем, а также падением напряжения в его цепи.

Третий график (в) поясняет принципы регулировки генератора. Видно, что коррекции тока в обмотке возбуждения позволяют поддерживать напряжение на одном уровне при изменениях в цепи нагрузки.

На основании полученных результатов измерений и общего анализа можно сделать следующие выводы:

  • Внешнее возбуждение пригодно для регулировок напряжения генератора в широком диапазоне простыми методами. Для изменения напряжения в обмотке подойдёт элементарный расчёт.
  • Такая конструкция характеризуется относительно небольшим трансформированием производительности при изменении параметров нагрузки.
  • Необходим внешний источник питания. Это усложняет устройство и несколько снижает общую надёжность.

На следующих рисунках приведены принципиальные схемы генераторов с последовательной, параллельной и смешанной схемой обмотки возбуждения.

Принципиальные схемы генераторов обмотки возбуждения: а) последовательного, б) параллельного, в) смешанного типа

Особенности схем

Вид схемы Особенности Применение
Последовательная Очень малое напряжение в режиме холостого хода, сильная зависимость от параметров нагрузки. Для генерации энергии такая схема не подходит. Её используют для создания машин, в которых торможение выполняется с применением реостатных методик.
Параллельная Подключение нагрузки осуществляется только после достижения номинального значения выходного напряжения. Эта схема подходит для создания генераторов, которые вырабатывают электроэнергию для заряда аккумуляторных батарей.
Смешанная Низкое влияние изменения параметров нагрузки на выходное напряжение. Требуется точный расчёт компонентов схемы, чтобы получить хороший результат. Такие решения применяют в сварочных аппаратах, где для работы устройство использует режим короткого замыкания.

Устройство генератора и расчёт

Устройства этого типа вытесняются аналогичными установками переменного тока, которые менее критичны к нагрузкам, обладают хорошими эксплуатационными характеристиками. Расчёт промышленного генератора выполняется специализированным конструкторским бюро.

На следующем рисунке приведена конструкция типичного генератора.

Конструкция генератора постоянного тока в разрезе

Использованы следующие обозначения:

  • 1, 2 – сердечник и катушка основного полюса;
  • 3 – наконечник;
  • 4, 5 – сердечник и катушка добавочного полюса;
  • 6 – станина;
  • 7 – ярмо;
  • 8 – подшипник;
  • 9, 11 – сердечник и обмотка якоря;
  • 10 – вентилятор;
  • 12 – коллектор;
  • 13 – щёточный палец.

Видео. Модель генератора постоянного тока

Самостоятельный расчёт и создание генератора постоянного тока своими руками вряд ли целесообразны. При необходимости не будет трудно найти и приобрести устройство с нужными параметрами. Конструкция его слишком сложна для качественного воспроизведения в домашних условиях.

Оцените статью:

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Рис. 4. Двигатель постоянного тока

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Автомобильный генератор

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Устройство генератора

Генератор состоит из следующих основных элементов:

  • привод со шкивом, подшипниками и валом;
  • ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
  • статор с сердечником и обмоткой;
  • корпус, состоящий из двух крышек;
  • регулятор напряжения;
  • выпрямительный блок или диодный мост;
  • щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

Ротор генератора

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Диодный мост

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Люди пользуются энергией электрического тока практически во всех сферах своей деятельности. Сейчас нелегко представить жизнь без электричества, которое с помощью специального оборудования преобразуется из механической энергии. Рассмотрим подробнее, как происходит этот процесс, и как устроены современные генераторы.

Превращение механической энергии в электрическую

Любой генератор работает по принципу магнитной индукции. Самый простой генератор переменного тока можно представить, как катушку, которая вращается в магнитном поле. Также есть вариант, при котором катушка остается неподвижной, но магнитное поле только её пересекает. Именно во время этого движения и вырабатывается переменный ток. По такому принципу функционирует огромное количество генераторов во всем мире, объединенных в систему электроснабжения.

Устройство и конструкция генератора переменного тока

Стандартный электрогенератор имеет следующие компоненты:

  • Раму, к которой закреплен статор с электромагнитными полюсами. Изготовлена она из металла и должна выполнять защитную функцию всех элементов механизма.
  • Статор, к которому крепится обмотка. Изготавливается он из ферромагнитной стали.
  • Ротор – подвижный элемент, на сердечнике которого располагается обмотка, образующая электрический ток.
  • Узел коммутации, который отводит электричество с ротора. Представляет собой систему подвижных токопроводящих колец.

В зависимости от назначения, генератор имеет определенные особенности конструкции, но существуют два компонента, которыми обладает любое устройство, конвертирующее механическую энергию в электричество:

  1. Ротор – подвижная цельная деталь из железа;
  2. Статор – неподвижный элемент, который изготовлен из железных листов. Внутри него есть пазы, внутри которых располагается проволочная обмотка.

Для получения большей магнитной индукции, между этими элементами должно быть небольшое расстояние. По своей конструкции генераторы бывают:

  • С подвижным якорем и статическим магнитным полем.
  • С неподвижным якорем и вращающимся магнитным полем.

В настоящее время более распространено оборудование с вращающимися магнитными полями, т.к. значительно удобнее снимать электрический ток со статора, чем с ротора. Устройство генератора имеет немало сходств с конструкцией электродвигателя.

Схема генератора переменного тока

Принцип работы электрогенератора: в тот момент, когда половина обмотки находится на одном из полюсов, а другая на противоположном, ток движется по цепи от минимального до максимального значения и обратно.

Классификация и виды агрегатов

Все электрогенераторы можно распределить по критерию работы и по типу топлива, из которого и образуется электроэнергия. Все генераторы делятся на однофазные (выход напряжения 220 Вольт, частота 50 Гц) и трехфазные (380 Вольт с частотой 50 Гц), а также по принципу работы и типу топлива, которое конвертируется в электричество. Ещё генераторы могут использоваться в разных сферах, что определяет их технические характеристики.

По принципу работы

Разделяют асинхронные и синхронные генераторы переменного тока.

Асинхронный

У асинхронных электрогенераторов нет точной зависимости ЭДС от частоты вращения ротора, но здесь работает такой термин, как «скольжение S». Оно определяет эту разницу. Величина скольжения вычисляется, поэтому некоторое влияние элементов генератора в электромеханическом процессе асинхронного двигателя все же есть.

Синхронный

Такой генератор обладает физической зависимостью от вращательного движения ротора к генерируемой частоте электроэнергии. В таком устройстве ротор является электромагнитом, состоящим из сердечников, обмоток и полюсов. Статором являются катушки, которые соединены по принципу звезды, и имеющими общую точку – ноль. Именно в них вырабатывается электрический ток.
Ротор приводит в движение посторонняя сила подвижных элементов (турбин), которые двигаются синхронно. Возбуждение такого генератора переменного тока может быть, как контактным, так и бесконтактным.

По типу топлива двигателя

Удаленность от электросети с появлением генераторов больше не становится препятствием для пользования электроприборами.

Газовый генератор

В качестве топлива здесь используется газ, во время сгорания которого и вырабатывается механическая энергия, которая затем заменяется электрическим током. Преимущества использования газогенератора:

  • Безопасность для окружающей среды, ведь газ при сгорании не выделяет вредных элементов, копоти и токсичных продуктов распада;
  • Экономически это очень выгодно – сжигать дешевый газ. В сравнении с бензином, это обойдется значительно дешевле;
  • Подача топлива осуществляется автоматически. Бензин и дизельное топливо требуется по мере необходимости подливать, а газовый генератор обычно подключают к системе газоснабжения;
  • Благодаря автоматике, аппарат приходит в действие самостоятельно, но для этого он должен располагаться в теплом помещении.
Дизельный генератор

Эту категорию составляют преимущественно однофазные агрегаты мощностью 5 кВт. 220 Вольт и частота 50 Гц являются стандартными для бытовой техники, поэтому дизельный аппарат неплохо справляется со стандартной нагрузкой. Как можно догадаться, для его работы требуется дизельное топливо. Почему стоит выбрать именно дизельный электрогенератор:

  • Относительная дешевизна топлива;
  • Автоматика, позволяющая автоматически запускать генератор при прекращении подачи электрического тока;
  • Высокий уровень противопожарной безопасности;
  • В течении длительного периода времени агрегат на дизеле способен проработать без сбоев;
  • Внушительная долговечность – некоторые модели способны работать в общей сумме 4 года непрерывной эксплуатации.
Бензогенератор

Такие аппараты довольно востребованы как бытовое оборудование. Несмотря на то, что бензин дороже газа и дизеля, такие генераторы имеют немало сильных сторон:

  • Малые габариты при высокой мощности;
  • Просты в эксплуатации: большинство моделей можно запустить вручную, а более мощные генераторы оснащены стартером. Регулируется напряжение под определенную нагрузку при помощи специального винта;
  • В случае перегрузки генератора автоматически срабатывает защита;
  • Просты в обслуживании и ремонте;
  • Во время работы не издают много шума;
  • Можно применять и в помещении, и на улице, но следует защищать от попадания влаги.

Одним из наиболее распространенных электрических устройств является генератор постоянного тока, принцип действия которого основан на таких понятиях, как электромагнитная сила и индукция. Согласно принципу обратимости электрических машин, данное устройство, в конкретных условиях, может выполнять функцию и генератора и электродвигателя.

Составные части генератора

Генератор постоянного тока состоит из двух основных частей – якоря и станины, где расположены электромагниты. На внутренней стороне станины устанавливаются сердечники полюсов, концы которых имеют полюсные наконечники. С помощью наконечников, магнитная индукция более равномерно распределяется по окружности якоря.

На сердечники надеваются катушки, входящие в состав обмотки возбуждения. Сама станина играет роль замыкающей части. Здесь расположены еще и дополнительные полюса, которые находятся между главными полюсами. Их катушки имеют последовательное соединение с якорем. Дополнительные полюса позволяют избежать появления искр на щетках коллектора, что значительно улучшает коммутацию.

Вращающаяся часть генератора называется ротором или якорем, имеющим цилиндрическую форму. Материалом для него служит листовая электротехническая сталь, толщиной до 1 мм. В пазах якоря размещена обмотка, которая соединяется в цепь с коллектором, установленным на якорном валу. Коллектор представляет собой ряд медных пластин, изолированных между собой. Коллектор взаимодействует с угольными или медными щетками, неподвижно установленными в специальных щеткодержателях.

Принцип действия

Генератор постоянного тока содержит две электрические цепи –якоря и возбуждения. С помощью постоянного тока, проходящего через цепь возбуждения и обмотку возбуждения, происходит создание основного магнитного поля.

В том случае, когда у генератора не два полюса, а четыре, то для обмотки якоря необходимо четыре щетки, попарно соединенные между собой. С помощью этих щеток обмотка разделяется на параллельные ветви, в количестве двух пар.

Когда к первичному двигателю прикладывается посторонняя механическая сила, происходит возбуждение магнитного поля и в якоре появляется электродвижущая сила. После этого, с помощью коллектора и щеток, постоянный ток уходит к внешней цепи. В этом случае устройство работает в качестве генератора. Когда к якорю и обмотке возбуждения подключается постоянное напряжение, то проходящий через обмотку электрический ток, взаимодействует с полем, создавая вращающий момент, который приводит якорь в движение. В таком варианте, генератор функционирует как электродвигатель.

Устройство и принцип работы автомобильного генератора постоянного тока в составе велогенератора

Это завершающая статья о том, как из велосипеда и генератора от автомобиля сделать мощный электрический генератор своими руками. Предыдущая часть содержит инструкцию по эксплуатации велогенератора.

Технически грамотные могут прочитать дальше как работает автомобильный генератор постоянного тока.

Автомобильный генератор не совсем отвечает своему названию, так как устройство автомобильного генератора уже подразумевает наличие своего собственного выпрямителя и регулирующей схемы. Добавив только лампочку и выключатель, можно сделать самую простую заряжающую систему. Собственно генерирующая часть генератора с помощью неподвижной обмотки (называется статором) вырабатывает трёхфазный переменный ток, который далее выпрямляется серией из шести больших диодов и уже постоянный ток заряжает аккумулятор. Переменный ток индуцируется вращающимся магнитным полем обмотки (вокруг обмотки возбуждения или ротора). Далее ток через щётки и кольца скольжения подаётся на электронную схему.

Принцип работы автомобильного генератора постоянного тока вкратце можно объяснить так. Через обмотку возбуждения начинает течь небольшой постоянный ток, который регулируется управляющим блоком и поддерживается им на уровне чуть больше 14 В. Большинство генераторов в автомобиле способны вырабатывать как минимум 45 ампер. Генератор работает на 3000 оборотах в минуту и выше — если посмотреть на соотношение размеров ремней вентиляторов для шкивов, то оно по отношению к частоте двигателя составит два или три к одному.

Во время первого запуска велогенератора мощность не сможет вернуться в обмотку возбуждения и генерация не запустится, пока не потечёт ток через индикаторную лампу заряда, которая выполняет гораздо больше функций, чем кажется. Протекающий через индикаторную лампочку ток проходит также и через обмотку возбуждения, обеспечивая ей небольшой ток, необходимый для запуска производства электроэнергии. С ростом оборотов ток усиливается, и через три маленьких диода мощность подаётся на обмотку возбуждения — индикаторная лампочка гаснет, тем самым сигнализируя о начале производства электричества. Изменяя параметры индикаторной лампочки, можно контролировать обороты генератора, необходимые для его включения. При первом же запуске генератора железный сердечник обмотки возбуждения постоянно намагничивается. При высокой частоте вращения этого магнетизма может оказаться достаточно для начала генерации и в случае отсутствия аккумулятора выходное напряжение может мгновенно достигнуть сотен вольт. Поэтому никогда не нужно крутить генератор с отключенным аккумулятором. Также предупредите об этой особенности окружающих.

Для механической защиты педального генератора идеально подойдёт старый пожарный кожух, который можно купить на рынке или найти на доске бесплатных объявлений.

Чтобы велогенератор ни за что не зацепился при его перевозке в автомобиле — сначала открутите педали, нанеся немного медной смазки на резьбу.

Вместо ненадёжного регулятора высоты седла на вертикальном генераторе можно просверлить 8-милиметровое отверстие через верхнюю трубу рамы и серию таких же отверстий в подседельном штыре. Тогда для регулировки высоты седла можно использовать ось, сделанную из бесрезьбовой части длинного болта M8.

Как устроен генератор постоянного тока

В чем секрет работы генератора постоянного тока: устройство и его принцип действия?

Генератор постоянного тока – это электрическая машина, производящая напряжение постоянной величины.

За этим вполне банальным определением кроется очень сложное устройство, являющееся практически совершенством технической мысли. Ведь с момента изобретения в конце XIX века устройство генератора постоянного тока не претерпело существенных изменений.

Никакая энергия не возникает просто так, ниоткуда. Она — всегда порождение другой силы. Это касается и электрического тока. Чтобы он возник, нужно магнитное поле, позволяющее использовать эффект электромагнитной индукции — возбуждение ЭДС во вращающемся проводнике.

Принцип работы генератора постоянного тока

Если к концам петли проводника, внутри которой вращается постоянный магнит, подключить нагрузку, то в ней потечет переменный ток. Произойдет это потому, что полюса магнита меняются местами. На этом эффекте основан принцип работы генераторов переменного тока, являющихся братьями-близнецами машин постоянного напряжения.

Вся хитрость, благодаря которой получаемый ток не меняет направления, заключается в том, чтобы успевать коммутировать точки подключения нагрузки с той же скоростью, с какой вращается магнит. Осуществить эту задачу может только коллектор – особое устройство, состоящее из нескольких токопроводящих секторов, разделенных диэлектрическими пластинами. Оно закрепляется на якоре электрической машины и вращается синхронно с ним.

Съем электрической энергии с якоря осуществляется щетками – кусочками графита, имеющего высокую электропроводность и низкий коэффициент трения скольжения. В тот момент, когда токопроводящие сектора коллектора меняются местами, индуцируемая ЭДС становится нулевой, но изменить знак она не успевает, поскольку щетка передана токосъемному сектору, подключенному к другому концу проводника.

Как находить возможные неисправности генераторов и чинить их — подскажет подробная инструкция.

В результате, на выходе устройства получается пульсирующее напряжение одной величины. Чтобы сгладить пульсацию напряжения используется несколько якорных обмоток. Чем их больше, тем меньше броски напряжения на выходе генератора. Количество токосъемных секторов на коллекторе всегда в два раза больше, чем обмоток якоря.

Съем генерируемого напряжения с обмотки якоря, а не статора, является коренным отличием машины постоянного тока от переменного. Это же предопределило и их существенный недостаток: потери на трение между щетками и коллектором, искрение и нагрев.

Выясняем, как устроен агрегат

Как любая электрическая машина, генератор постоянного тока состоит из якоря и статора.

Якорь собирается из стальных пластин с углублениями, в которые укладываются обмотки. Их концы подсоединяются к коллектору, состоящему из медных пластин, разделенных диэлектриком. Коллектор, якорь с обмотками и вал электрической машины после сборки становятся единым целым.

Статор генератора является одновременно и его корпусом, на внутренней поверхности которого закрепляется несколько пар постоянных или электрических магнитов. Обычно используются электрические, сердечники которых могут быть отлиты вместе с корпусом (для машин малой мощности) или набраны из металлических пластин.

Также на корпусе предусматривается место для крепления токосъемных щеток.
В зависимости от количества полюсов магнитов на статоре меняется и количество графитовых элементов. Сколько пар полюсов, столько и щеток.

Типы подключения электрических магнитов статора

Генераторы постоянного тока различаются по типу подключения электрических магнитов статора. Они могут быть:

  • с независимым возбуждением;
  • параллельным;
  • последовательным.

При независимом возбуждении электрические магниты статора подключаются к автономному источнику постоянного тока. Обычно это делается через реостат. Достоинством такой схемы является возможность регулировки генерируемой электрической мощности в широких пределах. Недостатком – необходимость иметь дополнительный источник питания.

Остальные два способа являются частными случаями самовозбуждения генератора, которое возможно при небольшом остаточном магнетизме статора. При параллельной работе генератора постоянного тока электромагниты статора питаются частью генерируемого напряжения. Это самая распространенная схема.

С принципами работы симисторов познакомит эта статья. Как на таких полупроводниках собрать регулятор мощности, можно узнать тут.

При последовательном возбуждении цепь электромагнитов включается последовательно с нагрузочной цепью якоря. Величина тока, протекающего по электромагнитам, существенно зависит от нагрузки генератора. Поэтому такая схема используется только для подключения тяговых двигателей постоянного тока, которые при торможении переходят в режим генерации.

Применяется и смешанная схема подключения обмотки возбуждения – параллельно-последовательная. Для этого на каждом полюсе электромагнита должно быть две изолированные обмотки (включаемая последовательно обычно состоит всего из двух–трех витков). Такие электрические машины применяются в том случае, если требуется ограничить ток короткого замыкания в нагрузке. Например, в мобильных сварочных агрегатах.
Наличие коллекторно-щеточного узла существенно усложняет конструкцию электрической машины. Кроме того, передача генерируемой энергии через него осуществляется с большими потерями и физическими нагрузками. Поэтому, там где это возможно, машины постоянного тока заменяют асинхронными генераторами с выпрямительным мостом. Таковы, например, все автомобильные источники электроэнергии.

Устройство и принцип работы генератора постоянного тока на видео

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока

Принцип действия генератора постоянного тока

Простейшим генератором является виток, вращающийся в маг­нитном поле полюсов N и S. В таком витке индук­тируется переменная во времени э. д. с. Поэтому при соединении концов витка с контактными кольцами, вращающимися вместе с витком, в нагрузке через неподвижные щетки протекает перемен­ный ток, т. е. такая машина является генератором переменного тока.

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор, принцип дейст­вия которого состоит в следующем. Концы витка 1 (рис. 133) присоединяются к двум медным полукольцам (сегментам), называемым коллек­торными пластинами. Пластины жестко укреп­ляют на валу машины и изолируют как друг от друга, так и отвала. На пластинах помещают не­подвижные щетки 2 и 3, электрически соединен­ные с приемником энергии.

При вращении витка коллекторные пластины также вращаются вместе с валом машины и каж­дая из неподвижных щеток 2 и 3 соприкасается то с одной, то с другой пластиной. Щетки на коллек­торе устанавливают так, чтобы они переходили с одной пластины на другую в тот момент, когда э. д. с, индукти­руемая в витке, была равна нулю. В этом случае при вращении яко­ря в витке индуктируется переменная э. д. с, изменяющаяся сину­соидально при равномерном распределении магнитного поля, но каждая из щеток соприкасается с той коллекторной пластиной и со­ответственно с тем из проводников, который в данный момент на­ходится под полюсом определенной полярности. Следовательно, э. д. с. на щетках 2 и 3 знака не меняет, и ток по внешнему участку замкнутой электрической цепи протекает в одном направлении от щетки 2 через сопротивление r к щетке 3. Однако несмотря на то, что направление э. д. с. во внешней цепи остается неизменным, величина ее меняется во времени, т. е. по­лучена не постоянная, а пульсирующая э. д. с. Ток во внешней цепи будет также пульсирующим. Если поместить на якоре два витка под углом 90° один к дру­гому и концы этих витков соединить с четырьмя коллекторными пластинами, то пульсация э. д. с. и тока во внешней цепи значи­тельно уменьшится. При увеличении числа коллекторных пластин пульсация быстро уменьшается и при 16 пластинах на пару полю­сов становится менее 1%. Таким образом, при большом числе кол­лекторных пластин э. д. с. и ток практически постоянны.

Устройство генератора постоянного тока

Неподвижная часть в машинах постоянного тока является ин­дуктирующей, т. е. создающей магнитное поле, а вращающаяся часть является индуктируемой (якорем).

Неподвижная часть машины (рис. 134, а) состоит из главных полюсов 1, дополнительных полюсов 2 и станины 3. Главный по­люс (рис. 134, б) представляет собой электромагнит, создающий магнитный поток. Он состоит из сердечника 4, обмотки возбужде­ния 7 и полюсного наконечника 8. Полюсы крепятся на станине 6 с помощью болта 5. Сердечник полюса отливается из стали и имеет поперечное сечение овальной формы. На сердечнике полюса поме­чена катушка обмотки возбуждения, намотанная из изолирован­ного медного провода. Катушки всех полюсов соединяются после­довательно, образуя обмотку возбуждения. Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает магнитный поток. Полюсный нако­нечник удерживает обмотку возбуждения на полюсе и обеспечи­вает равномерное распределение магнитного поля под полюсом. Полюсному наконечнику придают такую форму, при которой воздушный зазор между полюсами и якорем одинаков по всей длине полюсной дуги. Добавочные полюсы имеют также сердечник и обмотку.

Добавочные полюсы устанавливают в средних точках меж главными полюсами, и число их может быть либо равным число главных полюсов, либо вдвое меньшим. Добавочные полюсы устанавливают в машинах больших мощностей, и они служат для уст ранения искрения под щетками. В машинах малых мощности добавочных полюсов обычно нет.

Станина отливается из стали и является остовом машины, На станине крепят главные и добавочные полюсы, а также на тор­цовых сторонах боковые щиты с подшипниками, удерживающими вал машины. С помощью станины машина крепится на фундаменте. Вращающаяся часть машины (якорь) (рис. 135, а) состоит из сердечника 1, обмотки 2 и коллектора 3. Сердечник якоря пред­ставляет собой цилиндр, собранный из листов электротехнической стали. Листы изолируются друг от друга лаком или бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Стальные листы штампуют на станках по шаблону; они имеют пазы, в которых укладываются проводники обмотки якоря. В теле якоря делают воздушные кана­лы для охлаждения обмотки и сердечника якоря. Обмотку якоря выполняют из медного изолированного провода или из медных стержней прямоугольного поперечного сечения. Она состоит из секций, изготовленных на специальных шаблонах и ук­ладываемых в пазах сердечника якоря. Одновитковая секция со­стоит из двух активных проводов, соединенных между собой. Секции могут иметь не один, а много витков. Такие секции называются многовитковыми. Обмотка тщательно изолируется от сердечника и закрепляется в пазах деревянными клиньями. Лобо­вые соединения укрепляются стальными бандажами. Все секции обмотки, помещенные на якоре, соединяются между собой после­довательно, образуя замкнутую цепь. Провода, соединяющие две секции, следующие одна за другой по схеме обмотки, присоединя­ются к коллекторным пластина. Коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из отдель­ных пластин. Коллекторные пластины изготовляют из твердотянутой меди и изолируют между собой и от корпуса прокладками из миканита. Для крепления на втулке коллекторным пластинам при­дают форму «ласточкина хвоста», который зажимается между выступом на втулке и шайбой, имеющими форму, соответствующую форме пластины. Шайба крепится к втулке болтами. Коллектор является наиболее сложной в конструктивном отно­шении и наиболее ответственной в работе частью машины. Поверх­ность коллектора должна быть строго цилиндрической во избежа­ние биения и искрения щеток. Для соединения обмотки якоря с внешней цепью на коллекторе помещают неподвижные щетки, которые могут быть графитными, угольно-графитными или бронзо-графитными. В машинах высокого напряжения применяют графитные щетки, имеющие большое пере­ходное сопротивление между щеткой и коллектором, в машинах низкого напряжения — бронзо-графитные щетки. Щетки помещают в особых щеткодержателях (рис. 135, б). Щетка 4, помещенная в обойме щеткодержателя, прижимается пружиной 5 к коллектору. На каждом щеткодержателе может находиться несколько щеток, включенных параллельно. Щеткодержатели укрепляются на щеточных болтах-пальцах, которые, в свою очередь, закреплены на траверсе. Для укрепления на щеточном пальце щеткодержатель имеет отверстие. Щеточные пальцы изолируются от траверсы изоляционными шайбами и втулками. Число щеткодержателей обычно равно числу полюсов. Траверса устанавливается на подшипниковом щите в машинах малой и средней мощности или прикрепляется к станине в машинах больших мощностей. Траверсу можно поворачивать и этим изме­нять положение щеток относительно полюсов. Обычно траверса устанавливается в таком положении, при ко­тором расположение щеток в пространстве совпадает с располо­жением средних точек главных полюсов.

Схема, особенности, принцип действия и устройство генератора постоянного тока

Эпоха электрификации началась не так давно и за пару столетий полностью изменила наш образ жизни. Посмотрите вокруг, везде, где только падает глаз, обязательно увидите какой-нибудь электрический прибор. Люди настолько привыкли к разным машинам, которые выполняют за них практически всю работу, что возникает иллюзия, будто бы так было всегда. Но заглянем за сторону завесы, скрывающей от нас процесс жизнедеятельности электрических друзей. Разберем принцип действия и устройство генератора постоянного тока.

Немного истории

Электричество наблюдали еще древние греки. Было замечено свойство янтаря притягивать к себе разные частицы. Люди считали это магнетизмом, присущим смоле. Но позже заметили способность и других материалов приобретать магнетизм. Например, стекло при натирании тоже начинало привлекать к себе мелкие легкие элементы: частицы бумаги, волоски и пыль. Так стало понятным, что магнитный эффект возникает по какому-то закону.

Впоследствии, в XVIII веке, был создан прототип современного конденсатора, окрещенный по имени изобретателя «лейденской банкой». Этот несложный механизм умел накапливать заряд, который в то время считали своеобразной жидкостью, насыщающей твердые тела и способной перетекать от одного тела к другому с поразительной скоростью – на несколько миль за доли секунд.

Когда был открыт атом и его составляющие ядро и электрон, все стало на свои места. Люди поняли, что именно электроны и являются теми зарядами, которые создавали такие необъяснимые явления, как электрические разряды. Но пока это были лишь статические заряды. С опытов Фарадея и Эрстеда берет свое начало электричество, которое мы знаем сейчас. Они изобрели макет-генератор постоянного тока, устройство и принцип действия которого основаны на явлении электродвижущей силы ЭДС.

Сила движения электричества

Как воды реки приводит в движение притяжение земли, так заряженные частицы в проводнике заставляет перемещаться ЭДС. Эта сила тесно связана с магнитным явлением, а именно появляется, как только меняется поток, создаваемый магнитом. ЭДС способна работать только в веществе, где всегда в наличии есть свободные заряды. Таким свойством обладают металлы и солевые растворы.

ЭДС тем больше, чем быстрее изменяется интенсивность магнитных волн. Как известно, магнит два полюса имеет всегда. В соответствии с тем, в каком направлении изменяется поток относительно проводника, ток в проводнике течет в ту или иную сторону. Положительные и отрицательные заряды сами создают между собой энергетическое поле, которое мы называем напряжением, оно тем больше, чем сильнее суммарный электрический заряд одноименного полюса.

Что такое электрический генератор?

Конструкция или машина, которая способна преобразовывать любую механическую силу в электрическую энергию, получила название генератора электричества. Принцип действия и устройство генератора постоянного тока связаны с магнетизмом. Если взять постоянный магнит и пересекать поле его напряженности проводником, то в последнем появляется сила, заставляющая двигаться в одном направлении заряженные частицы – появляется ток. То же самое будет происходить при неподвижном проводнике и движущемся магните.

Экспериментально учеными установлено, что величина тока тем больше, чем больше:

  • Величина магнитного потока между полюсами магнита.
  • Скорость пересечения линий напряженности.
  • Длина токоведущего провода.

Если же перемещать проводник параллельно тому, как идет поток, то индукции в нем не наблюдается. Из этого вывели закон правой руки, который помогает понять, в каком направлении движется ток. При расположении руки правой части тела ладонью так, чтобы в нее входили магнитные линии напряженного поля, а палец большой был отогнут и указывал туда, куда происходит движение проводника, оставшиеся четыре пальца покажут путь тока. В магните вектор движения поля направлен от севера к югу.

Схема работы элементарного генератора

Принцип действия и устройство генератора постоянного тока простого типа следующие: рамка изготовлена из токоведущего материала, насажена на ось и производит вращение между полюсами магнита. Каждый свободный конец рамки подсоединен к своему контакту, имеющему вид дугообразной пластины. Вместе контакты составляют окружность, разорванную в двух точках (коллектор). Эти полукруглые контакты подвижно соединены с подпружиненными проводящими щетками. Они снимают ток.

В пространстве рамка относительно контактов ориентирована так, что при пересечении каждой ее половины участков наибольшей величины магнитного потока щетки замкнуты на контактах. Когда же элементы рамки проходят фазу движения вдоль линий – щеточные контакты разомкнуты с коллектором.

Если подключить осциллограф, видно, что генератор постоянного тока устройство и принцип действия имеет такой, что выдает чередование полуволн, находящихся по одну сторону координат и изменяющих свое значение от нулевого к наивысшему и снова к нулю. Частота следования их зависит от скорости поворота рамки. Это означает, что ток в такой системе движется в одном направлении (постоянный), но имеет пульсирующий вид.

Принцип действия и устройство генератора постоянного тока

Реальный генератор тока постоянного устроен более сложно, хотя принцип его действия ничем не отличается от рассмотренного выше. Вместо одной рамки и пары полукруглых контактов он имеет множество рамок и контактов коллектора. Это, во-первых, повышает мощность такой машины, во-вторых, сглаживает пульсации тока, так как каждая рамка создает свою полуволну, которые, налаживаясь друг на друга, образуют суммарный ток. Такая вращающаяся система получила название якоря или ротора.

Магнит генератора тоже видоизменен. Его роль выполняет электромагнит, состоящий из обмотки и сердечника. Используя электромагниты, можно создавать большой магнитный поток, который не под силу для обычного постоянного. К тому же величину потока можно легко менять. Неподвижная часть генератора названа статором.

В зависимости от режима работы машины во время вращения вала, между статором и ротором наблюдаются следующие процессы:

  1. К генератору не подключена нагрузка. В случае такой холостой работы якорь производит вращение, в нем ЭДС наводится, но тока в обмотке нет, так как цепь не замкнута.
  2. Генератор постоянного тока, схема устройства которого подключена к цепи, работает в режиме нагрузки. В этом случае в якоре течет ток и появляется новая составляющая – магнитный поток, создаваемый якорем (реакция якоря). Этот поток движется в таком направлении, что противодействует основным силовым линиям, создаваемым электромагнитом. В результате реальная ЭДС будет ниже, то есть снижается мощность генератора. И чем больше нагрузка генератора, тем больше энергии тратится на преодоление реакции якоря при вращении вала.

Чтобы нивелировать магнитный поток якоря, в схему ротора вводят так называемые компенсационные обмотки, в которых образуется магнитный поток, ослабляющий реакцию якоря.

Типы генераторов, вырабатывающих постоянное электричество

Принцип действия и устройство генераторов постоянного тока отличаются по исполнению схемы возбуждения. Они бывают:

  • Магнитоэлектрическими. В них для создания магнитного потока применяют постоянные магниты. Такие машины, обычно небольшой мощности, имеют высокий КПД, так как нет потерь в обмотках возбуждения. Недостаток устройств в сложности регулирования.
  • Генераторами с независимой схемой возбуждения. Это устройства, обмотка электромагнитов которых запитана от сторонних источников питания: аккумулятора или генератора.
  • Самовозбуждающимися генераторами постоянного тока. Такие устройства питают электромагниты от своего же якоря. Главным условием самовозбуждения является остаточный магнитный поток. Конструкция, принцип действия генераторов и схема их включения бывает компаундной, шунтовой и сериесной.

Принцип работы и устройство генератора из электродвигателя

Принцип обратимости электрических машин говорит о том, что любой электродвигатель может быть преобразован в генератор и наоборот. Ведь оба этих устройства используют ЭДС индукции, как основу своей работы. Только в двигателе на ротор подают электрический ток, который, создавая магнитный поток, отталкивается от полюсов магнита статора, совершая вращательное движение.

Если же вал двигателя вращать с определенной скоростью, в обмотках якоря начнет наводиться ЭДС индукции и потечет ток. Ограничение лишь в толщине провода обмотки якоря. Когда провод тонкий, то получить большую мощность у такого генератора не получится.

Где нашел применение источник постоянного тока?

Несмотря на то что постоянное электричество можно получить методом выпрямления переменного, широко используют генератор постоянного тока. Принцип действия, схема такой машины незаменимы на металлургических предприятиях, в мощных электролизных установках заводов. В транспортной промышленности агрегаты работают в электровозах, пароходных судах. Для питания возбуждающих обмоток генераторов переменного тока на электростанциях также применимы источники постоянного напряжения. Для бытовых целей разработаны динамо-машины тока постоянного. Их можно увидеть на велосипедах, где они питают осветительные фары.

Заключение

Генераторы тока постоянной полярности хороши тем, что могут вырабатывать электричество при разной скорости вращения вала. В них не нужно выдерживать четкую частоту, как, например, у генераторов переменного тока, где она должна быть в 50 Гц. Такие машины очень удобно использовать в качестве альтернативных источников электричества, например в ветрогенераторах.

{SOURCE}

Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

Как известно, при прохождении тока через проводник (катушку) образуется магнитное поле. И, наоборот, при движении проводника вверх-вниз через линии магнитного поля возникает электродвижущая сила. Если движение проводника медленное, то соответственно возникающий электрический ток будет слабым. Значение тока прямо пропорционально напряженности магнитного поля, числу проводников, и соответственно скорости их движения.

Простейший генератор тока состоит из катушки, изготовленной в виде барабана, на которую намотана проволока. Катушка крепится на валу. Барабан с проволочной обмоткой еще называют якорем.

генератор тока

Для снятия тока с катушки, конец каждого провода припаивается к токособирающим щеткам. Эти щетки должны быть полностью изолированы друг от друга.

Электрический мотор

Генератор переменного тока

генератор переменного тока

При вращении якоря вокруг своей оси происходит изменение электродвижущей силы. Когда виток поворачивается на девяносто градусов сила тока максимальная. При следующем повороте падает к значению нуля.

генератор переменного тока

Полный оборот витка в генераторе тока создает период тока или, другими словами, переменный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Для получения постоянного тока используется переключатель. Он представляет собой разрезанное кольцо на две части, каждая из которых присоединена к разным виткам якоря. При правильной установке половинок кольца и токособирающих щеток, за каждый период изменения силы тока в устройстве, во внешнюю среду будет поступать постоянный ток.

Генератор постоянного тока

Крупный промышленный генератор тока имеет неподвижный якорь, именуемый статором. Внутри статора вращается ротор, создающий магнитное поле.

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

В любом автомобиле есть генератор тока, работающий при движении машины для питания электрической энергией аккумулятора, систем зажигания, фар, радиоприемника и т.д. Обмотка возбуждения ротора является источником магнитного поля. Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился без потерь к обмотке статора, катушки помещают в специальные пазы стальной конструкции.

автомобильный генератор тока

Таким образом, генератор тока является современным устройством, способный преобразовывать энергию механического движения в электрическую.

Оцените качество статьи:

Информация о генераторах постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. Свойства и характеристики генераторов постоянного тока зависят главным образом от схемы включения обмотки главных полюсов. По этому признаку генераторы делятся на генераторы независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Последние три типа генераторов относятся к генераторам с самовозбуждением.

Основные величины и характеристики генератора. Основными величинами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность Р, напряжение на выводах U, ток возбуждения Iв, ток якоря Iя или ток нагрузки /, частота вращения п (обычно n = const).

Зависимость между этими величинами описывается двумя уравнениями:

а) уравнением ЭДС

;

б) уравнением электрического состояния цепи якоря

U = ERЯIЯ (1.3)

Последнее уравнение, определяющее напряжение на выводах генератора, показывает, что направление ЭДС и тока в якоре генератора совпадают.

Основными характеристиками, определяющими свойст­ва генераторов, являются:

Ø  характеристика холостого хода (XXX) — зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения: E=f(IВ) при  I = 0 и n = nном = const;

Ø  внешняя характеристика — зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения: U=f(I) при RВ= const и n = const ;

Ø регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения IВ от тока нагрузки I: IВ = f(I) при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора (U = const)  и  n = nном = const.

Основная конструкция и работа генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электричество постоянного тока . Это преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. Эта статья описывает базовую конструкцию и работу генератора постоянного тока .

Конструкция машины постоянного тока:

Примечание: Теоретически генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока без каких-либо конструктивных изменений, и наоборот.Таким образом, генератор постоянного тока или двигатель постоянного тока можно в широком смысле назвать машиной постоянного тока . Эти основные конструктивные особенности также действительны для конструкции двигателя постоянного тока . Следовательно, давайте назовем эту точку конструкцией машины постоянного тока , а не просто «конструкцией генератора постоянного тока».

На приведенном выше рисунке показаны детали конструкции простого 4-полюсного генератора постоянного тока . Машина постоянного тока состоит из двух основных частей; статор и ротор. Основные конструктивные части машины постоянного тока описаны ниже.

  1. Ярмо: Наружная рама машины постоянного тока называется ярмом. Он сделан из чугуна или стали. Он не только обеспечивает механическую прочность всей сборки, но также несет магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
  2. Столбы и полюсные наконечники: Столбы соединяются с ярмом с помощью болтов или сварки. Они несут обмотки возбуждения и к ним крепятся полюсные наконечники. Полюсные туфли служат двум целям; (i) они поддерживают катушки возбуждения и (ii) равномерно распределяют поток в воздушном зазоре.
  3. Обмотка возбуждения: Обычно они изготавливаются из меди. Катушки возбуждения предварительно намотаны и размещены на каждом полюсе и соединены последовательно. Они намотаны таким образом, что под напряжением образуют чередующиеся северный и южный полюса.
  4. Сердечник якоря (ротор)
  5. Сердечник якоря: Сердечник якоря — это ротор машины постоянного тока. Он имеет цилиндрическую форму с прорезями для размещения обмотки якоря.Якорь состоит из тонких многослойных круглых стальных дисков для уменьшения потерь на вихревые токи. Он может быть снабжен воздуховодами для осевого воздушного потока с целью охлаждения. Якорь прикреплен к валу шпонкой.
  6. Обмотка якоря: Обычно это бывшая намотанная медная катушка, которая находится в пазах якоря. Жилы якоря изолированы друг от друга, а также от сердечника якоря. Обмотку якоря можно намотать одним из двух способов; намотка внахлест или волновая намотка. Обычно используются двухслойные нахлесточные или волновые обмотки.Двухслойная обмотка означает, что каждый паз якоря будет иметь две разные катушки.
  7. Коммутатор и щетки: Физическое соединение с обмоткой якоря осуществляется через устройство коллектор-щетка. Функция коммутатора в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток, генерируемый в проводниках якоря. В то время как в случае двигателя постоянного тока коммутатор помогает подавать ток на проводники якоря. Коммутатор состоит из набора медных сегментов, изолированных друг от друга.Количество сегментов равно количеству витков якоря. Каждый сегмент соединен с катушкой якоря, а коммутатор прикреплен к валу шпонкой. Щетки обычно делают из углерода или графита. Они опираются на сегменты коммутатора и скользят по сегментам, когда коммутатор вращается, сохраняя физический контакт для сбора или подачи тока.

Коммутатор

Принцип работы генератора постоянного тока:

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в изменяющееся магнитное поле (ИЛИ проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).Величину наведенной ЭДС можно рассчитать из уравнения ЭДС генератора постоянного тока. Если в проводнике предусмотрен замкнутый путь, индуцированный ток будет циркулировать внутри пути. В генераторе постоянного тока катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря вращаются в поле. Таким образом, в проводниках якоря возникает ЭДС электромагнитного поля. Направление индуцированного тока определяется правилом правой руки Флеминга.

Потребность в коммутаторе с разъемным кольцом:

Согласно правилу правой руки Флеминга, направление индуцированного тока изменяется всякий раз, когда изменяется направление движения проводника.Рассмотрим якорь, вращающийся по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь совершит половину оборота, направление движения этого конкретного проводника изменится на нисходящее. Следовательно, направление тока в каждом проводнике якоря будет переменным. Если вы посмотрите на приведенный выше рисунок, вы узнаете, как меняется направление индуцированного тока в проводнике якоря. Но в коммутаторе с разъемным кольцом соединения проводов якоря также меняются местами, когда происходит реверсирование тока.А значит, на выводах получаем однонаправленный ток.

Типы генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока можно разделить на две основные категории, а именно; (i) отдельно возбужденный и (ii) самовозбужденный.
(i) С отдельным возбуждением : В этом типе катушки возбуждения получают питание от независимого внешнего источника постоянного тока.
(ii) Самовозбуждающийся : В этом типе катушки возбуждения получают питание от тока, производимого самим генератором. Первоначальная генерация ЭДС происходит из-за остаточного магнетизма в полюсах поля.Генерируемая ЭДС заставляет часть тока течь в катушках возбуждения, тем самым усиливая поток поля и тем самым увеличивая генерацию ЭДС. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на три типа —
(а) Последовательная обмотка — обмотка возбуждения последовательно с обмоткой якоря
(b) Шунтирующая обмотка — обмотка возбуждения параллельно обмотке якоря
(c) Составная обмотка — комбинация последовательной и параллельной обмоток

Вы можете узнать больше о типах генераторов / машин постоянного тока здесь.

РАБОТА ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА с его КОНСТРУКЦИЕЙ и ТИПАМИ

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Работа генератора постоянного тока основана на законе электромагнитной индукции Фарадея. Как следует из названия, на выходе получается DC (постоянный ток), где величина тока или напряжения постоянна во времени.

Генератор постоянного тока, вид изнутри

Выход постоянного тока используется для возбуждения поля генераторов переменного тока, последовательного зажигания дуги, зарядки аккумуляторных батарей, приведения в движение локомотивов постоянного тока или используется в качестве ускорителей для компенсации падения напряжения в системе распределения постоянного тока.

КОНСТРУКЦИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Конструкция генератора постоянного тока

Конструкция генератора постоянного тока аналогична двигателю постоянного тока. Итак, генератор постоянного тока может работать как двигатель постоянного тока и наоборот. Основные конструктивные особенности генератора постоянного тока описаны ниже.

ХОМУ:

Ярмо — это внешнее покрытие генератора постоянного тока, оно изготовлено из литой стали или чугуна. Он служит двум целям:

1) Обеспечивает путь для полюсного потока.

2) Обеспечивает механическую поддержку всей машины.

ПОЛЮСЫ:

Состоит из полюсного сердечника и полюсных наконечников. Полюсный сердечник поддерживает обмотку возбуждения, а полюсный башмак равномерно распределяет поток в воздушном зазоре.

ПОЛЕВАЯ ОБМОТКА:

Он изготовлен из меди и намотан на каждый полюсный сердечник таким образом, что смежные северный и южный полюса развиваются при возбуждении обмотки возбуждения.

Полюса возбуждения и обмотки возбуждения

ЯДРО АРМАТУРЫ:

Якорь является центром электромеханического преобразования.Это вращающаяся часть машины постоянного тока, состоящая из канавок или пазов по всей периферии. В этих пазах проходят токоведущие проводники якоря. Сердечник якоря состоит из тонких пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.

Ламинированный сердечник якоря

ОБМОТКА АРМАТУРЫ:

Обмотка якоря изготовлена ​​из меди и размещается в пазах сердечника якоря. Каждый проводник в обмотке изолирован друг от друга, а также от сердечника якоря.Обмотка якоря бывает двух типов: нахлесточная и волновая.

Детали якоря генератора постоянного тока

КОММУТАТОР

Коммутатор также известен как механический выпрямитель. Он обеспечивает электрическое соединение между вращающейся обмоткой якоря и стационарной внешней цепью. Он состоит из жестко вытянутых медных сегментов, изолированных друг от друга, образующих кольцевую структуру. В генераторе постоянного тока коммутатор собирает ток, генерируемый в обмотке якоря.

ЩЕТКИ

Щетки изготавливаются из угля, электрографита или медно-графита.Они всегда скользят по коммутатору, обеспечивая правильное электрическое соединение. Их основная функция — собирать ток от коммутатора и подавать его на электрическую нагрузку или внешнюю цепь.

Коммутатор и щеточный узел

РАБОТА ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Как упоминалось выше, работа генератора постоянного тока основана на законе Фарадея. В нем говорится, что всякий раз, когда проводник сокращает магнитный поток, через проводник индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).Величина этой наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитной связи.

Чтобы понять, как ЭДС индуцируется в проводнике, давайте рассмотрим однооборотную прямоугольную петлю ABCD, вращающуюся по часовой стрелке между полюсами.

ВАРИАНТ 1:

В любой момент времени провод AB находится близко к Северному полюсу, а CD — к Южному полюсу, как показано на рисунке ниже.

Работа генератора постоянного тока: катушка в магнитном поле

Для проводника AB магнитное поле направлено слева направо, а сила, действующая на него, направлена ​​вверх.Теперь, чтобы найти направление индуцированного тока, мы воспользуемся правилом правой руки Флеминга.

Работа генератора постоянного тока: направление магнитного поля и силы

«Если большой, указательный и средний пальцы правой руки вытянуты и расположены взаимно перпендикулярно друг другу таким образом, что большой палец представляет направление силы, указательный палец представляет направление магнитного поля, тогда средний палец указывает направление индуцированного тока.”

После применения вышеуказанного правила к проводнику AB направление индуцированного тока будет от A к B в контуре ABCD. Этот ток течет извне от щетки B2 к B1, питая нагрузку на своем пути.

Направление индуцированного тока от A к B

ВАРИАНТ 2:

После поворота катушки на 180 градусов проводник CD приближается к северному полюсу, а AB — близко к южному полюсу.

При применении правила правой руки Флеминга к проводнику CD направление индуцированного тока — от D к C.Хотя направление тока в контуре ABCD теперь меняется на противоположное, внешний ток все еще течет от щетки B2 к B1.

Направление индуцированного тока от D к C

Таким образом, в обоих случаях направление генерируемого тока всегда от B2 к B1. Следовательно, в генераторе постоянного тока получается однонаправленный ток.

ТИПЫ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Генераторы постоянного тока в целом подразделяются на две категории:

Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением

В этом типе обмотка возбуждения возбуждается от независимого внешнего источника постоянного тока, такого как батарея .

Генератор постоянного тока с самовозбуждением

В этом типе обмотка возбуждения возбуждается током, подаваемым самим генератором. Небольшое количество магнитного потока, называемого «остаточным магнитным потоком», изначально присутствует в полюсах генератора. По мере увеличения тока увеличивается магнитный поток, что приводит к процессу нарастания напряжения в генераторе.

В зависимости от соединения катушки возбуждения и катушки якоря самовозбуждающиеся генераторы подразделяются на три типа:

Генераторы с обмоткой серии

:

Здесь обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.

Генераторы с шунтирующей обмоткой:

Здесь обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря.

Генератор комбинированной обмотки:

Он имеет две отдельные обмотки возбуждения. В зависимости от соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря это может быть либо короткий шунтирующий, либо длинный шунтирующий составной генератор.


ССЫЛКИ:

Конструкция генератора постоянного тока: Javapoint

Полюса и обмотки возбуждения: Muniracademy

Сердечник якоря: Quora

Части якоря генератора постоянного тока: Graschopp

Коммутатор и щетка в сборе: Pinterest

Читайте похожие статьи:

| Двигатель постоянного тока Принцип работы, конструкция и объяснение схемы

Как это:

Like Loading…

Связанные

Принцип работы генератора постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока

Все генераторы работают по принципу динамически индуцированной ЭДС. Этот принцип не что иное, как закон индукции электромагнетизма Фарадея. В нем говорится, что «всякий раз, когда количество магнитных силовых линий, то есть магнитных линий, связанных с проводником или катушкой, изменяется, в этом проводнике или катушке создается электродвижущая сила.’Изменение магнитного потока, связанное с проводником, может существовать только тогда, когда существует относительное движение между проводником и магнитным потоком. Относительное движение может быть достигнуто вращением проводника относительно магнитного потока или вращением магнитного потока относительно проводника. Таким образом, в проводнике генерируется напряжение, пока существует относительное движение между проводником и магнитным потоком.

Такая наведенная э.д.с. которое происходит из-за физического движения катушки или проводника относительно магнитного потока или движения магнитного потока относительно катушки или проводника, называется динамически индуцированным e.м.ф.

Обозначение Точка : Итак, для генерирующего действия необходимы следующие основные компоненты:

i) Проводник или катушка

ii) Относительное движение между проводником и магнитным потоком.

В конкретном генераторе проводники вращаются, чтобы отсекать магнитный поток, сохраняя постоянный поток. Чтобы на выходе было большое напряжение, несколько проводников соединяются вместе определенным образом, образуя обмотку. Эта обмотка называется обмоткой якоря а.c. машина. Часть, на которой держится эта обмотка, называется якорем постоянного тока. машина. Чтобы проводники вращались, проводники, расположенные на якоре, вращаются с помощью какого-либо внешнего устройства. Такое внешнее устройство называется первичным двигателем. Обычно используемые первичные двигатели — это дизельные двигатели, паровые двигатели, паровые турбины, водяные турбины и т. Д. Необходимый магнитный поток создается токоведущей обмоткой, которая называется обмоткой возбуждения. Направление наведенной э.д.с. можно получить, используя роль правой руки Флеминга.

Детали генератора постоянного тока: работа, типы и преимущества

Как и любая машина, генератор постоянного тока состоит из разных частей. Это электрический инструмент, преобразующий механическую энергию в электричество. Принцип работы, различные типы, а также плюсы и минусы будут подробно обсуждаться на Linquip помимо частей генераторов постоянного тока.

Детали генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока часто используется в качестве двигателя генератора постоянного тока без изменения его конструкции. Итак, двигатель-генератор постоянного тока обычно можно назвать машиной постоянного тока.Ключевыми частями генераторов постоянного тока являются ярмо, полюса, полюсные наконечники, сердечник якоря, обмотка якоря, коммутатор, щетки, система магнитного поля, коммутатор, концевые корпуса, подшипники и валы.

Это части генераторов постоянного тока, которые будут рассмотрены ниже более подробно.

Статор

Генератор постоянного тока состоит из двух основных частей: вращающейся части и неподвижной. Статор — это стационарная часть этой системы, которая включает в себя сердечник, обмотку статора и внешнюю раму, а также вмещает ротор (вращающуюся часть) в своем сердечнике.

Среди частей генераторов постоянного тока статор является ключевым компонентом, и его основная функция заключается в создании магнитных полей, вокруг которых вращаются катушки. Он содержит устойчивые магниты с противоположными полюсами, обращенными к двум из них. Эти магниты установлены в поле ротора.

Сердечник ротора или якоря

Вторым важным компонентом генератора постоянного тока является сердечник ротора или якоря, который состоит из вентилятора, якоря, коллектора и вала. В отличие от статора, эта часть подвижна и вращается в магнитном поле, создаваемом статором.В генераторе постоянного тока вращение якоря — это процесс, который генерирует напряжение в катушках ротора. Сердечник якоря включает в себя листы железных пазов с пазами, которые уложены друг на друга для образования цилиндрического сердечника якоря. Обычно потери снижаются из-за вихревых токов в этих слоях.

В течение всего процесса вентилятор отвечает за подачу необходимого воздуха для сердечника якоря или ротора во время его вращения.

Концевые корпуса

Концевые кожухи — это компоненты, прикрепленные к концевым частям основной рамы с функцией защиты подшипников.Подшипники являются важными частями системы, которые уменьшают трение между подвижными и неподвижными частями генератора, которое со временем может постепенно их разрушать.

В то время как передние кожухи защищают подшипник и сборщик щеток, функция концевых кожухов ограничивается опорой только для подшипников.

Подшипники

Подшипники

используются в системе для обеспечения плавного перемещения между различными компонентами. Основная функция подшипников — минимизировать трение между вращающимися и неподвижными частями машины.Благодаря этим деталям отпадает необходимость в постоянной смазке компонентов системы, и они также прослужат дольше из-за снижения трения.

Подшипники

в основном изготавливаются из высокоуглеродистой стали, так как это очень твердый материал, который спроектирован таким образом, чтобы постоянно смазываться и защищаться от проникновения пыли.

Подшипники

бывают двух распространенных форм: роликоподшипники и шариковые подшипники. Шариковые подшипники включают в себя сферические шарики, которые передают нагрузку изнутри наружу и создают движение по кругу.Шариковые подшипники можно легко найти в предметах вокруг дома; они более распространены, потому что они просты.

Роликовые подшипники, в отличие от шарикоподшипников, состоят из цилиндров разной формы. В то время как площадь контакта шариковых подшипников с грузом ограничена одной точкой, в роликовых подшипниках этот контакт продлен до линии, поэтому они могут использоваться для выдерживания больших нагрузок и, таким образом, в основном используются в промышленном оборудовании.

Хомут

Если мы разделим части генератора постоянного тока на две части, ярмо — это внешняя крышка, которая не только обеспечивает механическую защиту всей внутренней сборки и фиксирует их на основании машины, но также создает путь для магнитного потока, который обмотка возбуждения производит.

В зависимости от размера машины хомуты бывают двух видов и материалов; в больших аппаратах ярма изготовлены из литой или катаной стали, а в меньших — из чугуна.

Поляки

Полюса используются в основном для удержания обмоток в секторе. Такие обмотки обычно наматываются на полюса и в остальном соединяются с обмотками якоря по порядку. Таким образом, при помощи шурупов опоры соединяют сварочную технику с ярмом.

Сердечник полюса в основном изготавливается из тонкой отожженной стали или кованого железа, соединенных друг с другом за счет гидравлического давления.Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, полюса машины постоянного тока ламинированы.

Эти полюса являются одной из частей машины постоянного тока, работа которой заключается в поддержке катушек возбуждения и обеспечении более интегрированного магнитного потока через якорь.

Полюсные туфли

Полюсный башмак — это железная или стальная пластина, которая используется в основном для рассеивания магнитного потока и предотвращения падения катушки вращающегося поля.

Коммутатор

Коммутатор работает как выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное в усилении обмотки якоря.Это проводящее металлическое кольцо имеет медный сегмент, и каждый медный сегмент с помощью листов слюды экранирован друг от друга.

Этот цилиндрический электрический выключатель установлен на валу машины и способствует подключению проводов вращающегося кресла к внешней цепи, которая закреплена. При этом исходный индуцированный ток преобразуется в однонаправленный на выходных клеммах.

Кисти

Щетки — одна из основных частей генератора DM.С помощью этих угольных блоков может быть обеспечено электрическое соединение между коммутатором и внешней цепью нагрузки.

Однако из-за дугового разряда и постоянного контакта с коммутатором эти компоненты со временем изнашиваются. Но хорошая новость в том, что их всегда можно заменить новыми щетками. Все, что вам нужно делать, это время от времени проверять их, чтобы убедиться, что они в хорошем состоянии, и при необходимости менять их.

Вал

Вал — это механическая деталь в машине постоянного тока, которая создает вращающую силу, известную как крутящий момент, и вызывает вращение.Он изготовлен из низкоуглеродистой стали и имеет максимальную прочность на разрыв. Из частей генератора постоянного тока вал помогает генератору передавать механическую энергию через вал. Вращающиеся части закреплены на валу шпонками, например, центр якоря, коммутатор, охлаждающий вентилятор и т. Д.

Магнитное поле

Это постоянный магнит, который создает магнитное поле, которое используется для вращения катушки.

Обмотки якоря

Для крепления обмоток якоря в основном используются пазы сердечника якоря.Они соединены последовательно в виде замкнутой обмотки для увеличения количества вырабатываемого тока; и они параллельны. Это особое расположение проводников называется обмоткой якоря, которая, как известно, является сердцем генератора постоянного тока. В зависимости от типа соединений обмотки якоря бывают нахлесточными или волновыми.

Все обмотки якоря, нахлестанные или волновые, являются центрами преобразования энергии внутри машины. В случае обмоток якоря генератора постоянного тока это преобразование энергии происходит из механической энергии в электрическую.

E.M.F Уравнение генератора постоянного тока

После объяснения частей генератора постоянного тока пора узнать об уравнении ЭДС. Итак, что это? уравнение ЭДС генератора постоянного тока соответствует законам электромагнитной индукции Фарадея, то есть Eg = PØZN / 60 A

В формуле генератора постоянного тока:

  • Z означает общее количество проводников якоря
  • P означает количество полюсов в генераторе
  • A означает количество параллельных полос внутри якоря
  • Н означает вращение якоря в об / мин
  • E означает наведенную ЭДС на любой параллельной полосе внутри якоря.
  • Например, означает сгенерированную ЭДС в любой из параллельных полос.
  • N / 60 означает количество оборотов в секунду
  • Плюс, время на один оборот dt = 60 / Н сек

Но подождите! Это были не просто части генератора постоянного тока и его уравнение.Вы можете найти больше информации о генераторах постоянного тока! Генераторы постоянного тока используются практически повсеместно. Они используются на заводах, производящих алюминий, хлор и связанное с ним сырье в большом количестве. Генераторы постоянного тока также используются в тепловозах и транспортных средствах с дизельными двигателями. Их можно найти в автомобилях с дистанционным управлением, окнах электромобилей и телевизорах с плоским экраном.

Каков принцип работы генератора постоянного тока? Как это работает?

Принцип работы генераторов постоянного тока основан на законах Фарадея об электромагнитной индукции.В частях генератора постоянного тока, когда проводник находится в динамическом магнитном поле, внутри проводника создается электродвижущая сила. Величину, вызванную ЭДС, можно измерить с помощью уравнения электродвижущей силы генератора.

Когда проводник имеет замкнутый путь, индуцированный ток течет по нему. Катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря преобразуются в поле в генераторе. Следовательно, внутри проводников якоря создается электромагнитно-индуцированная электродвижущая сила (ЭДС).Правило правой руки Флеминга определяет направление индуцированного тока.

Какие бывают типы генераторов постоянного тока?

Генераторы постоянного тока

можно разделить на две основные категории (с независимым возбуждением и с самовозбуждением). Существует также третий тип генераторов постоянного тока, который называется «Генератор постоянного тока с постоянным магнитом». У каждого типа есть свои уникальные особенности, основы и преимущества.

Функции частей генераторов постоянного тока с независимым возбуждением заключаются в том, что катушки возбуждения приводятся в действие от независимого внешнего источника постоянного тока в генераторе с независимым возбуждением.С другой стороны, в генераторах постоянного тока с самовозбуждением катушки возбуждения получают питание от генерируемого тока в генераторе в самовозбуждающейся форме. Такие генераторы также можно идентифицировать как последовательные, шунтирующие и сложные.

Генератор постоянного тока имеет преимущества

Во многих областях нам нужен генератор постоянного тока, особенно по следующим причинам:

  • Он построен и спроектирован просто.
  • Он подходит для работы с большими двигателями и большими электрическими устройствами, требующими прямого управления.
  • Он уменьшает описываемые колебания путем сглаживания выходного напряжения за счет регулярного расположения катушек вокруг якоря для некоторых приложений стабильного состояния.

Генератор постоянного тока также может иметь некоторые недостатки

Как и другие машины, генераторы постоянного тока имеют некоторые недостатки, например:

  • Генераторы постоянного тока нельзя применять к трансформатору.
  • Генераторы постоянного тока

  • имеют низкий КПД из-за потерь в меди, потерь на вихревые токи, гистерезисных потерь и механических потерь.
  • Может произойти падение напряжения на больших расстояниях.

Это все о генераторах постоянного тока. Из того, что вы прочитали выше, мы можем сказать, что основные преимущества генераторов постоянного тока включают простую конструкцию, простую параллельную работу и меньшее количество проблем со стабильностью системы. Вы также прочитали о различных типах генераторов постоянного тока и принципах их работы. Однако вам может потребоваться больше узнать об их конструкции и некоторую другую информацию. Итак, вы можете оставить свои вопросы в комментариях, зарегистрировавшись на Linquip (в разделах статьи о генераторе постоянного тока) и получить свои ответы.

Принципы работы генераторов постоянного тока



ЦЕЛИ :

• указать функцию генератора постоянного тока.

• перечислить основные компоненты генератора.

• Опишите разницу между отдельно возбужденным и самовозбужденным
генератор.

• объясните, как можно изменять выходное напряжение генератора.

Илл. 1-1: Составные генераторы полей с коммутирующими полюсами:
полюс коммутационный, якорь, главный полюс, щетки, коммутатор

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую.Он обставляет
электрическая энергия только когда приводится в движение с определенной скоростью какой-либо формой
первичный двигатель, такой как дизельный двигатель или паровая турбина.

Генераторы постоянного тока используются в основном в электрических системах для мобильного оборудования.
Они также используются в электростанциях, поставляющих энергию постоянного тока для заводов и в некоторых железнодорожных системах. Электропитание постоянного тока широко используется в связи
систем, а также для зарядки аккумуляторов и гальванических операций. Поколение
электродвижущей силы подробно описано в нашем ELECTRICITY 1
Путеводитель
.

КОМПОНЕНТЫ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Основные части генератора постоянного тока показаны на рисунках 1 и 2.
Вращающийся элемент называется ротором. Ротор цилиндрический,
сердечник из ламинированного железа, который механически соединен с приводным валом
генератор. В пазы на поверхности заделана обмотка якоря.
ротора. Обмотки якоря имеют наведенное на них напряжение, так как
вращается мимо полюсов поля. Обмотки на самом деле представляют собой мотки проволоки в
серия петель, которые заканчиваются на медных сегментах коммутатора.

Коммутатор состоит из ряда изолированных медных сегментов.
друг от друга и вала. Коммутатор вращается вместе с валом и обмотками якоря. Коммутатор используется для изменения переменного напряжения.
индуцированное в обмотках якоря до постоянного напряжения на выходе генератора
терминалы. Угольные щетки прижимают сегменты коллектора к соединению
ток в цепи внешней нагрузки.

Рис. 2 Генератор постоянного тока в разрезе :
щеткодержатели реактивного типа; катушки возбуждения; каркасная кокетка; внешняя крышка подшипника
смотровые таблички; катушки якоря; арматурные зубные пластинки; полевые столбы;
Кронштейны концевых коммутаторов

Ил. 3 «Действие двигателя», противодействующее движущей силе генератора

Обмотки якоря генерируют напряжение, разрезая магнитное поле, как
якорь вращается. Это магнитное поле создается электромагнитами.
установлен по периферии генератора. Электромагниты, называемые
полюса поля расположены в определенной последовательности магнитной полярности; то есть каждый полюс имеет магнитную полярность, противоположную полюсу поля.
столбы, прилегающие к нему. Электрический ток для цепи возбуждения генератора обычно получается от самого генератора.

Когда генератор питает цепь нагрузки, ток, проходящий через якорь
создает магнитное поле вокруг якоря. Это поле реагирует с
поток основного поля. В результате возникает сила, которая пытается повернуть якорь.
в направлении, противоположном тому, в котором он движется
(Этот эффект известен как моторный эффект генераторов). Сила
эта реакция пропорциональна току в арматуре и учитывает
за то, что для привода генератора требуется больше механической мощности
когда от него забирают электрическую энергию.

Реакция якоря

Поток поля якоря также реагирует на поток основного поля и стремится
чтобы исказить это. Одним из результатов этого нежелательного состояния, известного как арматура
реакция — чрезмерное искрение на щетках коллектора. Чтобы противодействовать
из-за этого между основным полем часто вставляются переключающие полюса.
полюса, как показано на 1. Эти переключающиеся полюса, также называемые межполюсными,
питаются обмотками, включенными последовательно с выходной (нагрузочной) цепью
генератора.Благодаря такому расположению, реакция якоря, которая
имеет тенденцию увеличиваться с увеличением тока нагрузки, ему противодействуют эффекты
ток нагрузки, проходящий через межполюсники.

Реакция якоря, проявляющаяся в виде чрезмерного искрения щетки под нагрузкой, а также
можно частично исправить, сдвинув щетки из нейтрального положения
по направлению вращения. Щетки у больших генераторов постоянного тока собраны
так что они могут быть переведены в положение минимального искрения.Когда
щетки неподвижны, производитель генератора вставляет другой дизайн
особенности для минимизации эффектов реакции якоря.

Полярность кисти

Выходные клеммы генератора, как и других блоков питания постоянного тока, имеют
электрическая полярность. В случае генераторов термин «полярность щетки»
используется для различения электрической полярности щеток,
либо положительный, либо отрицательный, а магнитная полярность либо север, либо
Юг, из полевых столбов.

Маркировка полярности щетки часто опускается, но электрик может легко
Определите электрическую полярность, подключив вольтметр к выходу
выводы генератора. Строятся многие автомобильные и авиационные генераторы.
с положительной или отрицательной щеткой, заземленной на корпус
генератор. Очень важно соблюдать полярность, указанную в
производитель. Будет предоставлена ​​дополнительная информация о полярности щетки.
после рассмотрения эффектов остаточного магнетизма в цепи возбуждения.

Снабжение на местах

Магнитное поле генератора создается комплектом электромагнитов.
(полевые столбы). Ток, требуемый полевой цепью, может подаваться
от отдельного источника постоянного тока. Если это так, генератор называется
иметь отдельно возбужденное поле. Однако большинство генераторов
самовозбуждаются, и ток для поля подается генератором
сам.

Ил. 4 Раздельное возбуждение ; Илл. 5 Самовозбуждение

илл. 4 показан отдельно возбужденный генератор постоянного тока с полем
схема питается от аккумуляторов. Самовозбуждающийся шунтирующий генератор показан на рисунке 5. Обратите внимание, что цепь возбуждения подключена параллельно с
якорь и что небольшая часть выхода генератора отклонена
к цепи возбуждения, чтобы «возбуждать» или возбуждать полюса поля.

КОНТРОЛЬ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Так как индуцированное напряжение зависит от скорости, с которой магнитные линии
силы в секунду, можно изменять выходное напряжение
контролируя либо скорость первичного двигателя, либо силу
магнитное поле.Во всех случаях, кроме нескольких, выходное напряжение регулируется.
путем изменения тока возбуждения с помощью реостата в цепи возбуждения.

Плотность потока в полюсах поля зависит от тока поля. Как
в результате выходное напряжение генератора продолжает увеличиваться с
увеличение тока возбуждения до точки, где насыщение полюсов поля
имеет место. Любое дополнительное увеличение выходного напряжения после этой точки должно
можно получить за счет увеличения скорости.

РЕЙТИНГИ ГЕНЕРАТОРА

Номинальные характеристики генератора, указанные производителем, обычно указаны на
заводскую табличку машины. Производитель обычно указывает
мощность в киловаттах, ток, напряжение на клеммах и скорость генератора.
Для больших генераторов также указана температура окружающей среды.

ВРАЩЕНИЕ

Генератор с независимым возбуждением вырабатывает напряжение для любого направления
вращение.Однако это не относится к самовозбуждающимся агрегатам; они развиваются
напряжение только в одном направлении. (См. Объяснение в разделе 3.) Стандарт
направление вращения генераторов постоянного тока — по часовой стрелке, если смотреть на
конец генератора напротив приводного вала (обычно это коммутатор
конец).

ПОЛОЖЕНИЕ

Регулировка напряжения генератора — одна из его важных характеристик.
Разные типы генераторов имеют разные характеристики регулирования напряжения.

ил 6 показывает действие напряжения на выводах генератора.
для разных значений тока нагрузки. Падение напряжения на клеммах
вызвана потерей напряжения (1) на внутреннем сопротивлении
цепь якоря, включая щеточные контакты, и (2) из-за якоря
реакция. Кривая (a) — нормальная кривая для шунтирующего генератора. An
идеальное состояние показано на (b), где напряжение остается постоянным при
ток нагрузки. Кривая (c) показывает генератор с очень плохой регулировкой.
в том, что выходное напряжение значительно падает с увеличением тока нагрузки.Возрастающая характеристика, кривая (d), получена путем использования совокупной составной намотки.
генератор (блок 4).

РЕЗЮМЕ

Генераторы

постоянного тока используются для подачи постоянного тока на определенные нагрузки. В
якорь, установленный на роторе, приводится в движение создаваемыми магнитными полями.
электромагнитными полюсами. Напряжение переменного тока на самом деле индуцируется в якоре,
затем механически исправлено…

[восстановить стр. 6-8]

Генератор постоянного тока

— Принцип работы — Конструкция — Части генератора постоянного тока — Типы генераторов постоянного тока — Работа генератора постоянного тока — Уравнение ЭДС генератора постоянного тока — Потери в генераторе постоянного тока — Силовые ступени генератора постоянного тока

Что такое генератор постоянного тока?

DC G enerator — это электрическая машина , которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока .Он в основном состоит из якоря, катушек возбуждения, которые работают в нем как электромагниты. Есть так много частей генератора постоянного тока , которые играют важную роль в его работе. Генератор постоянного тока работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея . Обеспечивает электроэнергией постоянного тока
который используется во многих приложениях, таких как линии передачи постоянного тока , , тяжелые источники питания постоянного тока , и т. д. Итак, давайте обсудим принцип работы генератора постоянного тока
сначала, а затем перейдем к построению генератора постоянного тока и
Изучите дополнительные темы и подробности о генераторе постоянного тока ниже:

Принцип работы генератора постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока такой же, как и закон Фарадея .
электромагнитной индукции
и генератора простого контура / генератора контура .Принцип работы генератора постоянного тока заключается в том, что когда якорь начинает двигаться за счет механической энергии, приложенной к его валу, катушки якоря создают ЭДС. Эта ЭДС связывается с полюсами поля. Из-за магнитного потока и тока генерируется в полюсах поля, чтобы обеспечить постоянный ток на его выходных клеммах / клеммах нагрузки. Для дальнейшего понимания давайте перейдем к законам электромагнитной индукции Фарадея ниже:

Законы электромагнитной индукции Фарадея

По сути, закон электромагнитной индукции Фарадея дальше
делится на два немного разных закона, и генератор постоянного тока работает по первому закону электромагнитной индукции Фарадея.Оба закона электромагнитной индукции Фарадея описаны ниже:



Первый закон электромагнитной индукции Фарадея



Первый закон электромагнитной индукции Фарадея гласит: «Когда проводник разрезает магнитный поток , ЭДС
индуцируется в этом проводнике ». Простой генератор цикла / генератор цикла основан на
по этому закону электромагнитной индукции .

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея



Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит: «Величина генерируемой ЭДС в проводнике (проводе)
равна скорости изменения потокосцепления.”

Преобразование механической энергии в электрическую основано на
по первому закону электромагнитной индукции Фарадея, и этот закон используется в
строительство генератора постоянного тока. Без этого закона Генератор постоянного тока не способен
для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока.
Для дальнейшего объяснения принципа работы генератора постоянного тока давайте перейдем к простой форме генератора постоянного тока под названием Single loop Generator . Этот генератор работает в точности по первому закону электромагнитной индукции Фарадея.Этот генератор петель более подробно описан ниже:

Генератор одноконтурного контура

Петля
Генератор / Генератор простого цикла
— это основная концепция DC.
Генератор
. Это проводник, помещенный между стержнями магнитов .
Эти магнитные стержни могут быть из постоянного магнита , или электрического.
магнит. Основная работа генератора простого контура заключается в том, что
когда два провода, проводника или катушки помещаются между магнитными стержнями и
представьте, что катушка вращается по часовой стрелке, начинается поток
меняет его значение и в результате в нем индуцируется ЭДС .Простая петля
Генератор в основном состоит из двух проводов или катушек; два магнитных стержня и
два контактных кольца (изолированные друг от друга и от
центральный вал ) и обычный провод для подключения по мере необходимости. В
вращающуюся катушку можно принять за якоря , а магнитные стержни
полевые магниты.

Предположим, что катушка
или два проводника вращаются по часовой стрелке. Катушка имеет
фиксированное положение между полем и связанным с ним потоком начинает меняться
его ценность.В результате в нем наводится ЭДС и он
пропорционально скорости изменения потока . Когда катушка
достигает 90 градусов в процессе вращения, скольжения катушки не режут
поток и поток движутся между ними параллельно. В результате ЭДС не индуцируется.
в катушке. По мере того, как катушка продолжает вращаться, величина увеличивается до
максимум, и когда катушка снова достигнет 90 градусов, тогда в этом случае максимум
В катушке индуцируется ЭДС, это связано с тем, что создается максимальный магнитный поток.

В результате
когда катушка поворачивается от 90 до 180 градусов, поток постепенно увеличивается и
скорость изменения магнитной связи уменьшается.

Когда катушка вращается
от 180 до 360 градусов происходит изменение величины ЭДС.
первая ЭДС остается аналогичной в среднем положении ЭДС достигает своего максимума и
в конце создается минимальная ЭДС.

Помните, что
ток, производимый в катушках, составляет переменного тока , и мы получаем это
ток выпрямлен с помощью разъемных колец .Следовательно, это
выяснилось, что якорь генератора постоянного тока также
обеспечивает переменного напряжения .

Строительство генератора постоянного тока

Конструкция генератора постоянного тока в основном состоит из ярма / основной крышки, полюсных сердечников, катушек возбуждения, якоря, обмоток и т. Д. Каждая часть
Генератор постоянного тока
имеет особое значение в зависимости от его работы и функций, поэтому
эти части описаны ниже более подробно и объяснены:

Генератор постоянного тока состоит из следующих основных частей:

  • Хомут / основная крышка: Хомут — основная крышка генератора постоянного тока , изготовленная из железа или любого другого материала
  • полюсные сердечники: полюсные сердечники используются в качестве полевых магнитов .Они используются для распределения потока в воздушном зазоре, а также для поддержки катушек возбуждения .

  • Катушки возбуждения: Катушки возбуждения — это катушки проводника, намотанные поперек сердечника полюса. Когда ток проходит через эти катушки, полюса реагируют как электромагнит, и в нем создается магнитный поток.
  • Сердечник якоря: Сердечник якоря имеет цилиндрическую или барабанную форму и состоит из круглых стальных листов или пластин.Установлен на вал.
  • Обмотка якоря: Обмотки якоря имеют намотанную форму. Эти обмотки изолированы друг от друга, и обычно в них обычно используется медная обмотка.
  • Коммутатор: Коммутатор обеспечивает сбор токов от обмотки якоря или проводников . Он преобразует переменного тока , который индуцируется в проводниках якоря , в постоянный ток (DC).
  • Щеточная шестерня: Щеточная шестерня удерживает тяжелые угольные щетки и используется для передачи большого количества тока возбуждения от нее к клеммному переходу .
  • Конденсатор: Конденсатор является основным компонентом генератора постоянного тока, который используется для устранения некоторых колебаний и фильтрации выходного источника постоянного тока с его выходных клемм.
  • Нагрузочный узел: Нагрузочный узел генератора постоянного тока состоит из двух выходных клеммных проводов, отрицательного и положительного, которые установлены в клеммной коробке для обеспечения тока нагрузки и используются для подключения источника питания нагрузки на Это.
  • Клеммы: В некоторых модифицированных генераторах постоянного тока производители обеспечивают легкое соединение для нагрузки, а производители предоставляют два провода, которые уже подключены к нагрузочному переходу, и эти два провода собраны и установлены в основной крышке. или ярмо генератора постоянного тока для прямого подключения к нагрузке.
  • Блок подавителя: A Блок подавителя используется для уменьшения посторонних и нежелательных шумов генераторов постоянного тока с высоким номинальным напряжением кВ.
  • Крышка клемм: Крышка клемм — это крышка, которая защищает соединения клемм генератора постоянного тока и клемм нагрузки, и эта крышка также используется для мер безопасности, чтобы предотвратить поражение электрическим током и возгорание.
  • Угольные щетки: В генераторе постоянного тока , Угольные щетки используются для сбора тока от коммутатора и его передачи на его главные контакты.
  • Подшипники: Подшипники используются для очень простого вращения вала . Обычно шарикоподшипники часто используются в тяжелых машинах из-за их гибкости .
  • Головка опоры подшипника: Головка опоры подшипника имеет форму подшипника и удерживает подшипник в своем корпусе для обеспечения поддержки и выравнивания, а также фиксируется для прямого подшипника.
  • Вал: A Вал генератора постоянного тока является механическим компонентом.Он состоит из низкоуглеродистой стали и обеспечивает крутящий момент и вращение.
  • Шлицевой вал вала: Шлицевой вал вала — это небольшой компонент, устанавливаемый на вал, иногда он фиксируется на валу, а иногда он имеет изменяемую форму. Шлицевой вал состоит из зубьев и имеет круглую форму и используется для соединения / соединения другого вала с ним для механического ввода для генератора постоянного тока.
  • Зажимы: Зажимы используются для плотного удержания проводов нагрузки и обеспечения безопасности и чистоты клемм нагрузки.
  • Оконная планка: Оконная планка в основном представляет собой сетку, состоящую из железа, которая соединена с ярмом и используется для обеспечения воздушного зазора для генератора постоянного тока с целью охлаждения.
  • Удерживающий колпачок: Удерживающий колпачок изготовлен из сплава немагнитной стали и затягивается на валу для поддержки вала против центробежных сил во время вращения.
  • Торцевая крышка: Торцевая крышка является частью ярма и закрывается с конца генератора постоянного тока с помощью болтов и используется для защиты генератора с его конца.

Хомут — основная крышка DC
Генератор
изготовлен из железа или любого другого материала. Он обеспечивает
механическая опора для опор . Он действует как , защищая
крышка
на всю машину . Он также имеет магнитное поле .
флюс
производится полюсами . Эти ярм являются
из чугуна и для больших машин , из литой стали или
используется прокатная сталь.

полюс
Сердечники
используются как полевые магниты . Они используются для распространения
из потока в

воздушный зазор, и он также используется для поддержки захватывающего
катушки.
Сердечники полюсов представляют собой цельнолитые детали, изготовленные из чугуна или
литой стали. В современную эпоху полюсные сердечники состоят из тонких пластин
эмалированная сталь. Ламинирование толщиной от 1 милли.
метр до 0,25 миллиметра. Ламинированные опоры более надежны, чем

твердый
штучные полюсные жилы.

Поле
катушки — это катушки проводника, намотанного поперек сердечника полюса. Когда
через эти катушки проходит ток, полюса реагируют как электромагнит и магнитные
в нем образуется флюс.

Сердечник якоря имеет цилиндрическую или барабанную форму и выполнен в виде
до круглых стальных листов или ламинатов. это
установить на вал. На его внешней стороне пробиты прорези. В малых
станки или двигатели пазы якоря устанавливаются напрямую
к валу. Эти листы используются для
охлаждение арматуры и уменьшение завихрения
потери тока и падения напряжения.Круговые штамповки или прорези
вырезать одним куском.

Обмотки якоря намотаны. Эти обмотки
изолированные друг от друга и обычно в нем используются медные обмотки.
Эти проводники или обмотка помещаются в пазы якоря, которые облицованы
с утеплителем.

Коммутатор

Коммутатор обеспечивает набор токов от
обмотка якоря или проводники .Он преобразует
переменный ток , который индуцируется в якоре
проводники
в постоянного тока (DC). Это цилиндрический
имеют форму
и имеют клиновидную форму сегментов . Эти сегменты
изолированы на друг от друга. Количество сегментов
равно количеству витков якоря . Каждый сегмент
соединен с проводом якоря через стояк или ленту.
Эти сегменты имеют V-образные канавки для предотвращения центробежного воздействия .
сил
. Зубчатые колеса содержат тяжелые угольные щетки и используются для
передать огромное количество тока возбуждения от него к клеммному переходу .
Обычно они используются в генераторах постоянного тока с высокими номиналами. Щеточный механизм используется
изменить его положение в соответствии с требованиями, либо вы хотите, чтобы маленький
выходной ток или вы хотите максимальный ток и наиболее важное использование
Корпус щеточного механизма предназначен для регулировки угольных щеток в разных направлениях
чтобы получить максимальный выход постоянного тока от генератора постоянного тока.

Конденсатор


Конденсатор является основным компонентом генератора постоянного тока, который
используется для устранения некоторых колебаний и фильтрации выходного постоянного тока от его
выходные клеммы. Он обеспечивает плавность выходного напряжения и
постоянное напряжение.

Нагрузочный узел генератора постоянного тока состоит из двух
отрицательный и положительный провода выходной клеммы, которые установлены в клемме
коробка
для обеспечения тока нагрузки и используются для подключения к ней источника питания нагрузки.Это соединение очень прочное, и два провода подключены к коммутатору.
от которого они принимают в него постоянный ток, а затем предоставляют его на его стыке для нагрузки
связь.

В некоторых модифицированных генераторах постоянного тока производители
обеспечивают легкое соединение для груза, а производители предоставляют два
провода, которые уже подключены к нагрузочному переходу, и эти два провода
собран и установлен в главной крышке или ярме генератора постоянного тока, чтобы
подключайтесь непосредственно к разъему нагрузки.

Коробка подавителя используется для уменьшения неактуальных и
нежелательный шум генераторов постоянного тока с высоким номинальным напряжением. Эта коробка состоит из различных
клапаны и некоторые другие фильтры, такие как отверстия, железные кольца, резистивная сетка и т. д.
Которые используются для снижения шума от генератора.


Крышка клеммника — крышка, защищающая стыки
клеммы генератора постоянного тока и клеммы нагрузки и эта крышка также используется
о мерах безопасности для предотвращения поражения электрическим током и возгорания.

Углерод
Щетки и подшипники

В генераторе постоянного тока , Угольные щетки
используется для сбора тока с коммутатора и последующего переноса на его главные контакты. Эти кисти обычно изготавливаются
из углерода и графита . Эти кисти имеют прямоугольную форму
в форме
. Эти щетки устанавливаются на щеткодержатели , и
щеткодержатель установлен на шпинделе .Эти щетки остаются соединенными с коммутатором посредством
весна. Гибкий медный провод установлен на верхней части
угольные щетки , которые передают ток от щеток к держателю.

Подшипники используются для очень простого вращения вала .
Обычно шарикоподшипники часто используются в тяжелых
машин
благодаря своей гибкости . Шариковые подшипники рабочие
очень эффективно в тяжелых машинах . мячей и роликов из мячей
Подшипники
упакованы в твердое масло .


Головка опоры подшипника по форме похожа на подшипник
и он удерживает подшипник в своем корпусе для обеспечения поддержки и выравнивания, и он
закреплен на прямом подшипнике и обеспечивает полную поддержку в
необходимое направление для обеспечения бесперебойной работы.

Вал генератора постоянного тока является механическим компонентом.Он состоит из низкоуглеродистой стали и обеспечивает крутящий момент и вращение. это
прототип и длинный, и он используется для связи в генераторе постоянного тока, чтобы обеспечить
механическая энергия.

Шлицевой вал — это небольшой компонент, устанавливаемый на вал.
иногда он закреплен на валу, а иногда имеет изменяемую форму. А
Шлицевой вал состоит из зубьев круглой формы и используется для
соединение / соединение другого вала с ним для механического ввода для генератора постоянного тока.

Зажимы используются для плотного удержания проводов нагрузки и
Сделайте клеммы нагрузки безопасными и чистыми.

Оконная планка — это в основном железная сетка,
подключен к ярму и используется для обеспечения воздушного зазора с генератором постоянного тока.
для охлаждения и обеспечивает лучшую температуру для охлаждения.

Колпачок изготовлен из сплава немагнитной
сталь и затягивается на валу, чтобы обеспечить опору вала против
центробежных сил при вращении.

Торцевая крышка является частью ярма и
он закрывает с конца генератора постоянного тока с помощью болтов и используется для
защитить генератор от его торца. Элемент обмотки и проводник в якоре

Должно быть два типа обмоток
зачислен на арматуру генератора постоянного тока. Эти две обмотки либо однооборотных
катушка
или многооборотная катушка . Однооборотная катушка имеет два проводника и
В многооборотной катушке очень много проводников. Проводники вставляются в пазы.
арматуры . Сторона катушки известна как обмоточный элемент .


Шаг полюсов — это расстояние между двумя полюсами между головкой и головкой в ​​генераторе постоянного тока, и это деление между количеством проводников обмотки якоря и полюсами генератора постоянного тока.Например: если имеется 60 проводников и 4 полюса, то 60/4 равно 15, а это 15 — шаг полюсов.

Шаг катушки — это расстояние между
две стороны катушки. Если шаг катушки и шаг полюсов равны
равны друг другу, то размах катушки будет 180 градусов, а стороны катушки
будут расположены под противоположными полюсами, и в катушке будет производиться максимальная ЭДС
сторон, а затем мы будем использовать термин, что обмотка , полный шаг .

Это расстояние между двумя витками
дирижера.Шаг обмотки обозначается буквой Y. Формула для нахождения
шаг намотки указан ниже:

Y = Y b — Y f Для намотки внахлест

Y = Y b + Y f Для волновой обмотки

Здесь Y B — задний шаг, а
Y F — это передний шаг, который определяется ниже:

Это количество проводников якоря.
покрытый катушкой на передней части якоря, называется передним шагом .Это расстояние между первым проводником катушки и вторым проводником.
проводник следующей катушки, которые соединены вместе на конце
коммутатор. Например: элемент 8 соединен с элементом номер 3, поэтому
шаг передних Y F будет

Это расстояние между двумя
проводники катушки якоря, которые соединены друг с другом на тыльной стороне
сторона арматуры. Обозначается Y B . Например: элемент 8 подключен
к элементу 1 на задней стороне якоря, чтобы задний шаг был

Это расстояние между двумя катушками
ранен на арматуру.Это расстояние начинается от начальной точки
первая катушка и заканчивается в начальной точке другой катушки, намотанной в
арматура. Обозначается Y R .

Это расстояние между двумя
проводники, откуда эти два проводника подключаются к коммутатору
полоса / сегмент. Обозначается Y G .

Это катушка, состоящая из одного
проводник или катушка из одного проводника, намотанная на одиночный паз якоря.



Двухслойная обмотка

В этой обмотке катушка состоит из
один проводник и одна сторона каждой катушки (первая половина) помещается на якорь
слот, где другая половина катушки уже помещена в этот слот.Это значит
что каждый паз якоря состоит из своих первых половинок двух катушек и, таким образом,
на. Верхние половинки катушек размещаются в пазах якоря с нечетными номерами.
в то время как нижние половины катушек размещены в четных прорезях
арматура.

В круговых обмотках передний шаг и
задний шаг равны между собой. Обе передачи должны быть в странном расположении.
За счет этого увеличивается ЭДС и вырабатывается больше энергии в катушках якоря.

Волновые обмотки — это процесс намотки
якорь, в котором мы используем только один провод на пазах якоря и заполняем
пазы якоря с таким количеством витков одного проводника и когда первый паз
арматуры заполняем, получаем первый конец проводника и
второй конец этого проводника, а затем поместите эти два проводника на
тот же отрезок коммутатора.В этой обмотке сегменты коммутатора
равны количеству витков.

Типы генераторов постоянного тока

Генераторы постоянного тока делятся на два
различные типы, описанные ниже:

Генераторы постоянного тока с раздельным возбуждением

Как описано из его названия,
Эти Генераторы постоянного тока являются теми генераторами, полевые магниты которых
возбуждено / запитано от отдельного источника постоянного тока, как показано на рисунке ниже:

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением — это те генераторы, полевые магниты которых возбуждаются / возбуждаются
ток собственного производства генератора постоянного тока.Поток присутствует в полюсах через
остаточный магнетизм, так что в нем возникает ток, и он возбуждает
полевые магниты генератора постоянного тока. Эти генераторы с самовозбуждением
делится на три типа, которые описаны ниже:



Генераторы постоянного тока шунтирующего типа / Генераторы постоянного тока с шунтирующей обмоткой

В генераторах постоянного тока такого типа
обмотка возбуждения подключена параллельно якорю, и это поле
обмотка подключается к источнику питания, как показано на рисунке ниже:

Генераторы постоянного тока серии / Генераторы постоянного тока с обмоткой

В генераторах постоянного тока этого типа
обмотка возбуждения включена последовательно с якорем.Он состоит из нескольких
витков толстого провода и несет ток полной нагрузки. Эти генераторы также
называются генераторами постоянного тока специального назначения и используются как усилители напряжения в
многие места.

Генератор постоянного тока со смешанной обмоткой / Генераторы постоянного тока со смешанной обмоткой

Составные генераторы постоянного тока
далее делятся на два типа, которые описаны ниже:



Генератор постоянного тока с коротким шунтом



Короткий шунтирующий состав постоянного тока
генераторы
— это те генераторы, в которых шунтирующее поле
обмотка включена параллельно якорю, а последовательная обмотка возбуждения
соединен последовательно с якорем, как показано на рисунке ниже:

Генератор постоянного тока с длинным шунтом



Генераторы постоянного тока с длинным шунтом — это те генераторы, в которых обмотка возбуждения подключена к
параллельное соединение с якорем и последовательной обмоткой возбуждения, тогда как
Последовательная обмотка возбуждения включена последовательно с якорем генератора постоянного тока.
Уравнение ЭДС генератора постоянного тока

Φ = поток на полюс по Веберу

Z = общее количество якоря
проводники

P = количество полюсов в генераторе

A = нет параллельных путей в
арматура

N = вращение якоря в об / мин

E = ЭДС, индуцированная в якоре

Потери в генераторе постоянного тока

Каждая электрическая машина, которая
потреблять электроэнергию имеет много потерь во время своей работы и так много
электроэнергия тратится впустую. В генераторе постоянного тока существует так много видов потерь
возникшие во время его работы, эти потери включают потери в стали, потери на гистерезис, потери на вихревые токи, потери в меди и т.Эти потери указаны ниже:



Потери в железе / Потери в сердечнике

Эти потери происходят из-за
железный сердечник , и , магнитный поток , создаваемый в полюсах поля, и эти
потери называются потерями в стали / в сердечнике. Железные потери состоят из двух потерь
которые описаны ниже:



Гистерезис потери

Эта потеря произошла из-за
изменяет намагниченность сердечника якоря, и эта намагниченность меняет
полярность, которая вызывает противоположный поток, и этот поток начинает теряться.



Потери на вихревые токи

За счет вращения якоря
сердечник
он также отсекает магнитный поток и ЭДС индуцируется в теле
ядра. Этот ток имеет низкое значение, и этот ток известен как вихревой ток.
и из-за потерь на вихревые токи, поэтому они известны как потери на вихревые токи.



Потеря меди

Потери меди не возникают, если
мы используем стандартный проводник / проводящий материал в обмотке, но иногда
материал не подходит для проводимости и требует много энергии и тока
не может легко проходить через этот проводник.Итак, это называется потерями в меди.



Механические потери

Эти потери являются потерями на трение.
на подшипниках и коммутаторе и потери на трение воздуха во вращающемся якоре.



Случайные потери

Добавление магнитных потерь
а механические потери известны как паразитные потери.



Силовые ступени генератора постоянного тока

Есть много ступеней мощности
Генератор постоянного тока и эти ступени показаны ниже:

КПД генератора постоянного тока

Эффективность постоянного тока
генератор приведены ниже:

Коммерческий / Общая эффективность

Применение генератора постоянного тока

Есть так много приложений
Генератор постоянного тока и некоторые из этих приложений упомянуты ниже:

  • Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением
    используются в качестве ускорителей и в процессе гальваники, а также в качестве регулятора
    и т.п.
  • Составные генераторы постоянного тока используются
    в качестве источника питания сварочных аппаратов.
  • Генераторы постоянного тока

  • также используются для
    снизить перепады напряжения в фидерах.

Источник изображения 2
Источник изображения 3
Источник изображения 4
Источник изображения 5
Источник изображения 6
Источник изображения 7
Источник изображения 8
Источник изображения 9

Принцип работы генератора постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока:

Простая катушка с проволокой ABCD установлена ​​на валу между двумя магнитными полюсами.Два конца катушки соединены с двумя контактными кольцами S

1 , S 2 , которые установлены на одном валу. Контактные кольца изолированы друг от друга от вала, эти контактные кольца вращаются вместе с катушкой. Стационарные щетки b 1 , b 2 должны надлежащим образом контактировать с вращающимися контактными кольцами и подводить индуцированный в катушке ток к сопротивлению внешней нагрузки R. Это устройство представляет собой простой генератор контура.

Предположим, что катушка начинается с позиции и вращается с постоянной скоростью против часовой стрелки.В исходном положении AB и CD проводника движутся параллельно магнитным силовым линиям, следовательно, наведенная э.д.с. равно нулю.

Однако при дальнейшем вращении катушки (от 0 ° до 90 °) проводники начинают перерезать магнитные силовые линии и, следовательно, ЭДС. индуцирует в проводниках согласно закону электромагнитной индукции Фарадея. Величина наведенной э.д.с. зависит от длины проводника, напряженности магнитного поля и скорости вращения катушки.У кондуктора максимальная ЭДС. индуцируется в положении 90 °, потому что проводник движется под прямым углом к ​​потоку.

В следующей четверти оборота, т.е. от 90 ° до 180 °, наведенная ЭДС. постепенно изменяется от максимума до нуля. Во время этой половины оборота ток проходит по BAMLDCB. то есть ток через R составляет от M до L.

На следующем полуобороте, т.е. от 180 ° до 360 °, изменения величины ЭДС. аналогичны таковым в первой половине оборота, за исключением того, что направление тока меняется на противоположное i.е. ток по CDLMABC, а ток по R — от L к M.

Подразумевается, что ток через внешнюю нагрузку R меняет свое направление на противоположное после каждой половины оборота. Также необходимо понимать, что ток не только меняет свое направление, но также меняет свою величину в каждый момент, и этот ток известен как переменный (ac) ток. Соответствующее напряжение известно как динамически индуцированная ЭДС.

Для обеспечения однонаправленного протекания тока во внешней цепи нагрузки контактные кольца заменяются разрезными кольцами.Разъемные кольца состоят из проводящего цилиндра, который разрезан на две половины или сегменты, изолированные друг от друга и вала изоляционным материалом (тонким листом слюды). Два конца катушки соединены с этими сегментами (s 1 , s 2 ) и щетками (b 1 , b 2 ), расположенными над этими сегментами.

В первой половине оборота катушки ток течет по BAMLDCB, т.е. щетка b

1 находится в контакте с сегментом S 1 , действует как положительный вывод питания, а щетка b 2 является контактирует с сегментом S 2 и действует как отрицательная клемма.На следующем половину оборота направление индуцированного тока в катушке изменится на противоположное. Но в то же время положение сегментов S 1 и S 2 также поменялось местами, в результате чего щетка b 2 соприкасается с сегментом S 2 , который теперь является положительным, а щетка b 2 находится в контакте с сегментом S 1 , который теперь -ve. Таким образом, ток во внешней нагрузке R снова течет от M к L. Этот ток является однонаправленным.

Положение щеток устроено таким образом, что смена сегментов с одной щетки на другую происходит, когда плоскость вращающейся катушки находится под прямым углом к ​​плоскости линий магнитного потока, поскольку в этом положении индуцированная e.м.ф. в катушке будет ноль.

Следует отметить, что ток, наведенный на сторонах катушки, является переменным, но он становится однонаправленным во внешней нагрузке из-за выпрямляющего действия разрезного кольца, известного как коммутатор.

Пульсирующий постоянный ток, например, от генератора с одной катушкой, не подходит для большинства коммерческих целей. Однако, используя большое количество катушек и сегментов коммутатора, с катушками, равномерно распределенными по поверхности якоря, можно увеличить напряжение и поддерживать его постоянным.

Преобразование переменного тока в постоянный с помощью коммутатора:

Коммутатор — одна из основных вращающихся частей постоянного тока. Генератор. Устанавливается на той же стороне вала у якоря. Обмотка якоря подключается к наконечникам коммутатора. Обычно отрицательная полуволна переменного тока, генерируемая в обмотке якоря, преобразуется в положительную половину коммутатором (или разъемным кольцом). Переменный ток, индуцируемый в проводниках якоря, делается однонаправленным во внешней нагрузке за счет выпрямляющего или преобразующего действия разъемного кольца или коммутатора.

Работа генератора постоянного тока:

Как объяснялось ранее, генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую (DC) энергию. Генератор обычно соединен с первичным двигателем. Первичный двигатель может быть дизельным / бензиновым двигателем или турбиной в зависимости от мощности и применения генератора. Первичный двигатель преобразует некоторую энергию (дизельное топливо / бензин / воду / пар / газ и т. Д.) В механическую энергию. Таким образом, механическая энергия подводится к генератору (т.е.е., вход генератора).

Если генератор очень маленький для коммерческих целей, например, для магазина, небольшой мастерской или кинотеатра и т. Д. Первичным двигателем является дизельный двигатель. Если генератор очень большой, как на электростанциях, то первичным двигателем будет турбина.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *