Меню

От чего зависит ток якоря в генераторе



Генераторы постоянного тока.Якорь машины.Обмотка якоря

Станина выполняется из литой стали, сердечники главных полюсов собираются из отдельных стальных листов толщиной 1-2 мм, сердечники дополнительных полюсов выполняются стальными массивными. Крепле­ние главных и дополнительных полюсов к станине осуществляется болта­ми. На главных полюсах размещаются, как правило, две обмотки возбуж­дения: основная 3, подключаемая или к сети, или параллельно обмотке якоря, и дополнительная 2, включаемая последовательно в цепь якоря че­рез щетки.

Также последовательно в цепь якоря машины подключается и обмотка 15 дополнительных полюсов. Назначение обмоток возбуждения главных полюсов, как это следует из их названия, — создание основного магнитного потока машины. Обмотки дополнительных полюсов служат для улучше­ния условий работы коллектора или, как говорят, для улучшения коммута­ции.

Якорь состоит

из магнитопровода, называемого сердечником 6 яко­ря, обмотки 5 якоря, уложенной в пазы сердечника, коллектора 7, к кото­рому подключаются выводы обмотки якоря и вала 19, объединяющего на­званные выше элементы.

Магнитопровод набирается из лакированных листов электротехниче­ской стали толщиной 0,5 мм и впрессовывается непосредственно на вал или при больших диаметрах якоря машины — на цилиндрическую втулку. Коллек­тор состоит из ряда изолированных друг от друга медных коллекторных пластин. Он собирается отдельно и затем в сборе впрессовывается на вал через изолирующую втулку. Обмотка якоря выполняется в виде отдельных секций, концы которых впаиваются в специальные выступы (петушки) коллекторных пластин. При помощи коллектора секции обмотки якоря соединя­ются между собой последовательно, образуя замкнутую цепь. Различают петлевые обмотки якоря, при которых выводы секций присоединяют к со­седним коллекторным пластинам, а секции между собой соединяют на коллекторе (рис.), и волновые, у которых соединение выводов секций с коллектором и соединение секций между собой осуществляется как бы волнообразно (рис. 2.2, б). Число коллекторных пластин равно числу сек­ций обмотки.

Вращение якоря

Вращение якоря машины в воздушном пространстве между полюсами обес­печивается подшипниковыми щитами 9 и 17 при помощи насаженных на вал подшипников 14. Подшипниковый щит 9, установленный со стороны коллектора, называют передним. Между задним подшипниковым щитом 17 и сердечником на валу якоря машины устанавливается крылатка вентилятора 18, обеспечивающая охлаждение генератора. Для входа и выхода охлаждаю­щего воздуха в подшипниковых щитах предусмотрены отверстия, которые закрываются защитными кожухами с сеткой. Отверстия в переднем под­шипниковом щите служат также для осмотра и обслуживания коллектора и щеточного узла.

Соединение якоря с сетью постоянного тока и обмотками полюсов осуществляется с помощью щеток 12, установленных в щеткодержателях 13, которые, в свою очередь, крепятся на специальных пальцах. Пальцы скрепляются на траверсе 11, которая крепится к переднему подшипнико­вому щиту или к станине. В щеткодержателях предусматривается возможность регулировать давление щетки на коллектор при помощи пружин. Общее количество щеточных пальцев равно числу полюсов, причем поло­вина из них имеет положительную полярность, другая — отрицательную. Щеточные группы одной полярности соединяются между собой сборными нишами. Щеточный узел делит обмотку якоря на несколько параллельных ветвей, число которых зависит от типа обмотки и обычно обозначается 2а.

Соединение машины с внешней цепью осуществляется через короб­ку выводов 10, в которой располагается клеммная плата с обозначениями выводом всех обмоток. Для подъема и перемещения машины в верхней части станины устанавливается рым-болт 8. На корпусе станины крепится также табличка завода-изготовителя, на которой указываются обмоточные данные и основные параметры машины.

Серьезным недостатком машин постоянного тока является их отно­сительно высокая сложность и недостаточная надежность щеточно-коллекторного узла, требующего постоянного обслуживания.

Режимы работы генератора

Одна и та же машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, то есть обладает свойством обрати­мости. В генераторном режиме энергия, подводимая к машине с вала от приводного двигателя, преобразуется в электрическую, а в двигательном режиме осуществляется обратное преобразование электрической энергии, подводимой от сети постоянного тока, в механическую энергию, переда­ваемую исполнительному механизму.

Использование генератора постоянного тока

Генераторы постоянного тока используются на практике в качестве резервных источников энергии для зарядки аккумуляторных батарей, вхо­дят в состав электромашинных обратимых преобразователей для связи систем переменного и постоянного токов и т.д

С точки зрения эксплуатации первостепенное значение имеет выбор мирки щеток. Наиболее предпочтительными являются электрографитные щетки марок ЭГ4, ЭГ8, ЭГ14, ЭГ61, ЭГ74, которые применяют для машин щ средними и затрудненными условиями коммутации.

Такие причины, как биение коллектора, плохая обработка его по­верхности, выступание миканита, вибрации щеток и щеткодержателей, особенно отрицательно сказываются на коммутации быстроходных ма­шин

Значительное влияние на коммутацию оказывают и условия эксплуа­тации — загрязнение коллектора, влажность воздуха, атмосферное давле­ние, наличие в окружающем воздухе химических веществ. Следует иметь в виду, что коммутация заметно ухудшается при снижении атмосферного давления.

При правильном выборе марки щеток и правильной эксплуатации на коллекторе в результате электролиза образуется политура, состоящая из пленки окислов меди. Наличие такой политуры является свидетельством нормальной коммутации машины.

Мероприятия по устранению причин искрения механического харак­тера требуют неукоснительного выполнения. К ним прежде всего относят­ся поддержание коллектора, щеток и всей машины в исправном состоянии, строгое соблюдение требований инструкции по эксплуатации, своевремен­ное проведение регламентных работ.

Для устранения причин искрения электромагнитной природы в про­цессе изготовления и настройки машины предусматривают следующие ме­роприятия:

  • устанавливают дополнительные полюсы, магнитное поле которых компенсирует реактивную ЭДС (ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции) в коммутируемых секциях;
  • в полюсных наконечниках главных полюсов крупных машин уста­навливают компенсирующие обмотки, которые включают последовательно с обмоткой якоря, но так, что они компенсируют поле реакции якоря;
  • смещают щетки с линии геометрической нейтрали таким образом, чтобы коммутируемая секция оказалась на линии физической нейтрали;
  • применяют специальные твердые углеграфитовые щетки с повы­шенным сопротивлением.

Нормальным при работе машины постоянного тока считается слабое точечное искрение под небольшой частью щетки (1 ‘/ 4 балла). Искрение под всем краем щетки (2 балла) допускается только при переходных режи­мах и кратковременных перегрузках. Сильное искрение (3 балла) ни при каких условиях не допускается. При возникновении такого искрения ма­шина должна быть немедленно отключена от сети и подвергнута осмотру и при необходимости — ремонту.

Коммутация сопровождается еще одним неблагоприятным с точки зрения эксплуатации процессом — созданием электромагнитных колебаний высокой частоты (1-3 кГц), что создает значительные радиопомехи. Для устранения радиопомех, особенно при плохой коммутации, в цепь якоря включаются индуктивно-емкостные фильтры, при этом используются соб­ственные индуктивности обмоток машины, а конденсаторы размещают в коробке выводов и подключают с одной стороны к выводам обмотки до­полнительных полюсов, с другой — к корпусу.

Источник

Регулировка напряжения и ограничение силы тока генератора

Карягин А. В. Соловьев Г. М.

Читайте также:  Сколько трансформаторов тока нулевой последовательности

Напряжение на щетках генератора зависит от числа оборотов якоря. Поэтому при большом числе оборотов коленчатого вала двигателя напряжение генератора может превысить расчетную величину, что вызовет перегорание ламп и тонких обмоток приборов, а также сильное увеличение зарядного тока аккумуляторной батареи. Постоянное напряжение генератора поддерживают электромагнитные регуляторы напряжения.

Кроме регулятора напряжения, необходим также ограничитель тока, так как даже при постоянном напряжении ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь, меняется в зависимости от сопротивления этой цепи. Чем больше включено потребителей (нагрузка генератора), тем меньше сопротивление этой цепи (цепь параллельная) и тем больше, следовательно, ток, отдаваемый генератором (ток нагрузки). При чрезмерном же токе сильно нагретые обмотки генератора могут быть повреждены.

Действие электромагнитных регуляторов и ограничителей основано на уменьшении магнитного потока обмотки возбуждения, в котором вращается якорь генератора. Поэтому уменьшать магнитный поток необходимо в момент превышения якорем генератора оборотов, при которых генератор дает нормальное напряжение, или когда ток во внешней цепи станет больше расчетной величины. Уменьшение магнитного потока достигается автоматическим включением в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления.

Значительно реже применяются генераторы, у которых зарядный ток регулируется третьей добавочной щеткой. Сравнительно постоянное напряжение поддерживается благодаря параллельной работе генератора и аккумуляторной батареи.

Регулятор напряжения – это электромагнитный прибор, состоящий из ярма с сердечником 8 (рис. 1) и обмоткой 7, включенной параллельно якорю Я генератора. Добавочное сопротивление 2 включено параллельно замкнутым контактам 3 и 4; при размыкании контактов сопротивление вводится в цепь обмотки возбуждения Ш (шунт).

Рисунок 1 – Схема регулятора напряжения

На рисунке 1 приведена схема регулятора напряжения:

  1. Провод;
  2. Добавочное сопротивление;
  3. Неподвижный контакт;
  4. Подвижный контакт;
  5. Якорек;
  6. Пружина;
  7. Обмотка регулятора;
  8. Ярмо с сердечником;
  9. Провод;
  10. Ш – шунт;
  11. Я – якорь генератора.

При замкнутых контактах 3 и 4 регулятора напряжения ток проходит по следующим проводникам:

а) через обмотку регулятора: положительная щетка – масса – обмотка 7 – провод 1 – отрицательная щетка;

б) через обмотку возбуждения генератора: положительная щетка — обмотка возбуждения Ш – провод 9 – ярмо 8 – контакты 4 и 3 – провод 1 – отрицательная щетка (путь тока показан на схеме стрелками).

Когда напряжение генератора повысится до расчетного предела, сердечник ярма 8, намагничиваемый током, проходящим по обмотке 7, притянет к себе якорек 5 и контакты 3 и 4 разомкнутся. При этом в цепь обмотки возбуждения включится сопротивление 2; поэтому напряжение генератора резко упадет, что повлечет уменьшение тока в обмотке 7 и ее магнитного потока, а следовательно, и снижение намагниченности сердечника. Контакты под действием пружины 6 снова соединятся и замкнут накоротко сопротивление 2, пока напряжение генератора опять не возрастет, и т. д. Контакты 3 и 4 размыкаются и замыкаются настолько быстро, что напряжение на щетках генератора практически остается постоянным при изменении числа оборотов якоря в широких пределах.

Ограничитель тока не позволяет току генератора превышать расчетную величину и работает по тому же принципу, что и регулятор напряжения, но отличается от него включением обмотки электромагнита. Обмотка 3, состоящая из небольшого числа витков толстой проволоки (рис. 2), включена последовательно между генератором и потребителями 1.

При замкнутых контактах 6 и 7 ограничителя тока и включенных потребителях пути тока будут следующие:

а) через обмотку ограничителя: положительная щетка – потребители 1 – провод 2 – обмотка 3 – ярмо 9 – отрицательная щетка;

б) через обмотку возбуждения генератора: положительная щетка – обмотка возбуждения Ш – провод 8 – контакты 7 и 6 – якорек 5 – ярмо 9 – отрицательная щетка (путь тока указан на схеме стрелками).

При достижении током расчетной силы во внешней цепи, а значит и в обмотке 3, контакты 6 и 7 размыкаются и в цепь обмотки возбуждения включается добавочное сопротивление 10. Вследствие уменьшения тока в обмотке возбуждения напряжение генератора, а следовательно, и ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь, снизятся, контакты снова замкнутся под действием пружины 4 и замкнут накоротко сопротивление; процесс протекает так же, как при работе регулятора напряжения.

При отключении потребителей (кроме аккумуляторной батареи) ограничитель тока поддерживает постоянную величину зарядного тока независимо от увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя; при включении же различных потребителей зарядный ток будет уменьшаться в зависимости от сопротивления внешней цепи (нагрузки). При этом, если ток внешней цепи превышает максимально допускаемый ограничителем, то, кроме тока генератора, во внешнюю цепь пойдет ток из аккумуляторной батареи, т.е. батарея будет разряжаться.

Ограничители тока и регуляторы напряжения работают не одновременно. Пока ток, отдаваемый генератором, не достигает допускаемой максимальной величины, работает только регулятор напряжения. Когда ток генератора достигает предельной величины, ограничитель тока включает добавочное сопротивление, а регулятор напряжения перестает работать.

Генераторы с третьей щеткой устанавливались на автомобилях «Москвич» (до 1953 г.), ГАЗ-ММ, ЗИС-5М. Схема генератора с третьей щеткой показана на рис. 3. Генератор, выполненный по этой схеме, имеет, кроме двух главных щеток (положительной 4 и отрицательной 3), третью (добавочную) щетку 1. К этой щетке присоединена одним концом обмотка 2 возбуждения. Вторым концом эта обмотка соединена с главной щеткой 4. При таком включении обмотки возбуждения ток ее зависит только от величины ЭДС, возникающей в витках обмотки, расположенных между главной 4 и третьей 1 щетками.

Схема ограничителя тока

Рисунок 2 – Схема ограничителя тока

На рисунке 2 приведена схема ограничителя тока:

  1. Лампа накаливания (потребители);
  2. Провод;
  3. Обмотка ограничителя;
  4. Пружина;
  5. Якорек;
  6. Подвижный контакт;
  7. Неподвижный контакт;
  8. Провод;
  9. Ярмо с сердечником;
  10. Добавочное сопротивление;
  11. Ш – шунт;
  12. Я – якорь генератора.

При замкнутых контактах 6 и 7 ограничителя тока и включенных потребителях пути тока будут следующие:

а) через обмотку ограничителя: положительная щетка – потребители 1 – провод 2 – обмотка 3 – ярмо 9 – отрицательная щетка;

б) через обмотку возбуждения генератора: положительная щетка – обмотка возбуждения Ш – провод 8 – контакты 7 и 6 – якорек 5 – ярмо 9 – отрицательная щетка (путь тока указан на схеме стрелками).

При достижении током расчетной силы во внешней цепи, а значит и в обмотке 3, контакты 6 и 7 размыкаются и в цепь обмотки возбуждения включается добавочное сопротивление 10. Вследствие уменьшения тока в обмотке возбуждения напряжение генератора, а следовательно, и ток, отдаваемый генератором во внешнюю цепь, снизятся, контакты снова замкнутся под действием пружины 4 и замкнут накоротко сопротивление; процесс протекает так же, как при работе регулятора напряжения.

При отключении потребителей (кроме аккумуляторной батареи) ограничитель тока поддерживает постоянную величину зарядного тока независимо от увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя; при включении же различных потребителей зарядный ток будет уменьшаться в зависимости от сопротивления внешней цепи (нагрузки). При этом, если ток внешней цепи превышает максимально допускаемый ограничителем, то, кроме тока генератора, во внешнюю цепь пойдет ток из аккумуляторной батареи, т.е. батарея будет разряжаться.

Читайте также:  Сварочный полуавтомат 220 в потребляемый ток

Ограничители тока и регуляторы напряжения работают не одновременно. Пока ток, отдаваемый генератором, не достигает допускаемой максимальной величины, работает только регулятор напряжения. Когда ток генератора достигает предельной величины, ограничитель тока включает добавочное сопротивление, а регулятор напряжения перестает работать.

Генераторы с третьей щеткой устанавливались на автомобилях «Москвич» (до 1953 г.), ГАЗ-ММ, ЗИС-5М. Схема генератора с третьей щеткой показана на рис. 3. Генератор, выполненный по этой схеме, имеет, кроме двух главных щеток (положительной 4 и отрицательной 3), третью (добавочную) щетку 1. К этой щетке присоединена одним концом обмотка 2 возбуждения. Вторым концом эта обмотка соединена с главной щеткой 4. При таком включении обмотки возбуждения ток ее зависит только от величины ЭДС, возникающей в витках обмотки, расположенных между главной 4 и третьей 1 щетками.

Схема генератора с третьей щеткой

Рисунок 3 – Схема генератора с третьей щеткой

На рисунке 3 приведена схема генератора с третьей щеткой:

  1. Третья (добавочная) щетка;
  2. Обмотка возбуждения;
  3. Отрицательная щетка;
  4. Положительная щетка.

Автоматическое ограничение тока в трехщеточных генераторах основано на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых током обмотки возбуждения и током якоря при нагрузке генератора.

Пока генератор не работает или работает вхолостую, когда ЭДС генератора равна электродвижущей силе аккумуляторной батареи, имеется только один магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения (строго говоря, при работе вхолостую вокруг обмотки якоря возникает слабое магнитное поле, поскольку к щеткам присоединена обмотка возбуждения).

При работе же генератора под нагрузкой возникает второй магнитный поток обмотки якоря. В местах, где магнитные силовые линии потоков идут в одном направлении, магнитный поток обмотки возбуждения усиливается, а в местах, где они идут в противоположных направлениях, ослабляется; при этом происходит искажение магнитного потока, т.е. смещение магнитных силовых линии по направлению вращения якоря (рис. 3).

С повышением числа оборотов якоря напряжение на главных щетках (3 и 4) генератора стремится возрасти. Но как только напряжение генератора превысит ЭДС аккумуляторной батареи, ток генератора резко возрастает. Вследствие же увеличения тока якоря произойдет дальнейшее смещение магнитного потока Поэтому количество силовых линий, пересекаемых обмоткой якоря на участке между положительной щеткой 4 и третьей щеткой 1, уменьшится. Напряжение между этими щетками упадет, что вызовет уменьшение тока в обмотке возбуждения, а следовательно, и величины магнитного потока, в котором вращается якорь. Отсюда напряжение на главных щетках генератора почти не изменится, несмотря на увеличение числа оборотов якоря генератора.

Третья щетка регулирует напряжение только при соединении генератора с аккумуляторной батареей, служащей «буфером», выравнивающим напряжение на щетках генератора.

Благодаря малой величине сопротивления цепи генератор – батарея напряжение генератора мало отличается от ЭДС батареи. При возрастании же сопротивления в цепи генератор – батарея (окисление зажимав штырей или ослабление крепления проводов, сульфатация пластин батареи и др.), а тем более при разрыве этой цепи напряжение генератора резко увеличивается.

При работе генератора без батареи напряжение его, рассчитанное на рабочее напряжение 6 в, даже при средних оборотах возрастает с 7,0-7,5 в до 30-40 в, что приводит к перегоранию нитей включенных ламп и тонких обмоток приборов, находящихся под током, а также к сильному нагреву обмотки возбуждения.

Кроме автоматического регулирования тока в обмотке возбуждения и зависящего от него напряжения генератора, третья щетка позволяет изменять зарядный ток генератора при данном числе оборотов якоря.

Если передвинуть (вручную) третью щетку в направлении вращения якоря, зарядный ток возрастет; при смещении третьей щетки против направления вращения якоря зарядный ток уменьшится.

Это объясняется тем, что изменяется количество силовых линий, пересекаемых витками обмотки якоря, находящимся между главной и третьей щетками.

К положительным качествам генераторов с электромагнитными регуляторами напряжения и ограничителями тока относятся:

1) сохранение постоянства напряжения при всех режимах работы двигателя;

2) автоматическая регулировка зарядного тока в зависимости от состояния аккумуляторной батареи (чем больше напряжение на зажимах батареи, тем меньше зарядный ток), что способствует увеличению срока службы батареи;

3) возможность использования генератора без аккумуляторной батареи даже при средних и больших оборотах коленчатого вала двигателя.

Недостатки этих генераторов – сложное устройство регуляторов напряжения и ограничителей тока, трудность их регулировки.

Трехщеточные генераторы отличаются простым устройством, позволяют регулировать зарядный ток простым смещением третьей щетки. Однако они имеют крупные недостатки:

1) неустойчивость напряжения при изменении степени зараженности и внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи; при этом, чем больше напряжение на зажимах батареи, тем выше напряжение на щетках генератора, а также и зарядный ток; для предохранения же батареи от перезарядки требуется при данном условии не увеличивать, а уменьшать зарядный ток;

2) невозможно использовать генератор без аккумуляторной батареи вследствие резкого повышения напряжения генератора;

3) резкое колебание зарядного тока в зависимости от мощности включенных потребителей.

Источник

§31. Основы работы генераторов

Э. д. с. и напряжение генератора. При вращении якоря в каждом проводнике его обмотки индуцируется э. д. с.

где В — индукция в воздушном зазоре машины; lя, ?я — активная длина проводника и скорость его перемещения в магнитном ноле.

Э. д. с. генератора Е равна сумме э. д. с. е, индуцируемых во всех проводниках, входящих в параллельную ветвь обмотки якоря:

E = p/a * N/60 nФ (58)

где N — число проводников обмотки якоря.

произведение p/a * N/60 для каждой данной машины представляет собой некоторую постоянную величину и может быть обозначено сЕ. Поэтому э. д. с.

Э. д. с. Ев каждой данной машине зависит только от частоты вращения якоря n и магнитного потока Ф. Регулировать ее можно двумя способами:

изменением магнитного потока Ф; для этого требуется изменить ток Iв в обмотке возбуждения;

изменением частоты вращения n.

где Iя?Rя — падение напряжения во всех обмотках, включенных последовательно в цепь якоря (обмотках якоря, добавочных полюсов, компенсационной и последовательного возбуждения);

?Rя— суммарное сопротивление этих обмоток.

Следовательно, для регулирования напряжения генератора надо регулировать его э. д. с. двумя указанными способами. Оба способа используют в тепловозах для регулирования напряжения тяговых генераторов. Генераторы, применяемые для питания цепей управления локомотивов, зарядки аккумуляторных батарей и пр., работают обычно при постоянной частоте вращения п, поэтому регулирование их напряжения осуществляется путем изменения тока возбуждения.

Ток нагрузки и электромагнитный тормозной момент генератора.
В генераторах постоянного тока нагрузка (приемник электрической энергии) включается в цепь обмотки якоря. Поэтому ток нагрузки

Следовательно, регулировать ток нагрузки генератора можно двумя способами:

изменением сопротивления Rн приемника;

изменением напряжения U генератора, т. е. его э. д. с. Е.

Читайте также:  В электроприводе существует понятие толчок тока что это за явление

На каждый проводник обмотки якоря, находящийся в магнитном поле, действует электромагнитная сила

Совместное действие электромагнитных сил f всех N проводников якоря создает электромагнитный момент (см. § 25):

M = [pN / (2?a)] ФIя (63)

Произведение pN / (2?a) для каждой данной машины представляет собой постоянную величину и может быть обозначено см. Поэтому

Очевидно, что при увеличении тока генератора Iя ? Iн увеличивается и электромагнитный тормозной момент М, что требует соответствующего увеличения внешнего момента Мвн первичного двигателя (дизеля), приводящего генератор во вращение.

Источник

ЧТО ТАКОЕ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор постоянного тока предназначен для преобразования кинетической энергии в электрическую. Используется в качестве источника электроэнергии в тепловозах, автомобилях, промышленных установках и т.д.

Представляет собой обратимую электрическую машину. В зависимости от схемы подключения может работать как генератор или как электродвигатель.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Заключается в том, что если проводник передвигается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

Схематично это явление можно описать следующим образом. Если проводник, например, медную проволоку в виде рамки поместить между двумя полюсами подковообразного магнита, он будет находиться в постоянном магнитном поле.

Устройство генератора постоянного тока

Затем начнем вращать эту рамку. В процессе вращения она будет пересекать магнитный поток. Вследствие этого, внутри проволоки индуцируется электродвижущая сила э.д.с.

Если концы этой рамки соединить, то под воздействием э.д.с., потечет индукционный ток. Если включить в эту цепь амперметр, он покажет наличие в ней тока. Это и есть самый простой макет генератора.

Для того, чтобы подключить рамку к электрической цепи, ее крепят к полукольцам. Две щетки контактируют с вращающимися полукольцами поочередно, и через них индукционный ток поступает далее в электрическую цепь. Полукольца устанавливают на оси, вокруг которой вращается рамка. Это упрощенная схема коллектора.

Когда рамка переходит через горизонтальное положение (нейтраль), щетки одновременно переключаются с одного полукольца на второе. В этот момент стороны рамки магнитных силовых линий не пересекают. В таком положении э.д.с. и, соответственно, ток равны 0. Благодаря этому переключение щеток не сопровождается искрением.

На величину электродвижущей силы влияют следующие факторы:

  • длина проволоки;
  • величина индукции магнитного поля;
  • частота вращения.

Величина э.д.с. (Е) меняется по синусоидальной траектории, с пиками при прохождении рамкой вертикальных положений. В эти моменты она перпендикулярно пересекает максимум силовых линий. Нулевые значения отмечаются при прохождении нейтрали. После ее пересечения э.д.с. меняет свое направление.

В свою очередь, коллектор, чередуя каждые пол оборота полукольца на щетках, выпрямляет переменную э.д.с. На выходе получается пульсирующий, в виде выпрямленной синусоиды, постоянный ток.

КАК НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Для того, чтобы можно было пользоваться генератором, как источником энергии, ток нужно сгладить. Если увеличить количество рамок до двух и расположить их перпендикулярно друг другу. Тогда пиковые значения Е и, соответственно, тока будут возникать уже каждые четверть оборота.

Если их соединить последовательно, индуцируемый ток будет суммироваться. А его выходная характеристика будет иметь вид двух, смещенных между собой на четверть периода выпрямленных синусоид. Пульсация значительно уменьшится.

Принцип действия генератора постоянного тока

Если количество последовательных рамок еще увеличивать, тогда значение тока будет все больше приближаться к идеальной прямой. Кроме того, величина электродвижущей силы напрямую зависит от длины проводника. Поэтому количество рамок делают большим, а их совокупность и составляет обмотку вращающейся части генератора — якоря.

Для последовательного соединения витков обмотки, конец предыдущего нужно соединить с началом следующего. Делают это на полукольцах или, как их называют, пластинах. Их количество будет равняться количеству витков.

Другим фактором, влияющим на величину Е, является сила магнитного поля. Индукция магнитного потока обычного магнита слишком маленькая, а потери в среде между двумя полюсами наоборот очень большие.

Для решения первой проблемы вместо постоянного магнита используют гораздо более сильный электромагнит. Для решения второй проблемы сердечник якоря выполняют из стали. Также уменьшают до самого минимума зазор между якорем генератора и полюсами электромагнита.

Ток, протекающий в якоре, образуют своего рода электромагнит, и создает свое магнитное поле. Это явление называется реакция якоря. В нем также возникает реактивная э.д.с. Вместе они искажают магнитное поле. Чтобы это скомпенсировать, устанавливаются добавочные полюса. Они включаются в цепь якоря и полностью перекрывают это негативное воздействие.

По источнику тока возбуждения генераторы бывают:

  • с независимым возбуждением;
  • с самовозбуждением.

Необходимый для работы генератора магнитный поток создается благодаря току, проходящему через обмотки главных полюсов. Этот ток называется током возбуждения. При независимом возбуждении обмотка питается от аккумулятора или другого источника питания. При самовозбуждении питается током якоря.

Благодаря тому, что сердечники полюсов обладают остаточным магнетизмом, они создают небольшой магнитный поток. Если якорь начинает вращаться, этого потока достаточно для появления в витках якоря небольшого индукционного тока.

Этот ток, попадая в обмотку возбуждения полюсов, усиливает рабочий магнитный поток. Это приводит к увеличению тока в якоре и происходит цепная реакция. Таким образом, генератор быстро выходит на расчетную мощность.

По схеме подключения обмотки якоря к обмотке возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на три типа:

  • с параллельным возбуждением;
  • с последовательным возбуждением;
  • со смешанным возбуждением.

Схема возбуждения влияет на характеристики генератора и особенности его применения. Основным его параметром является внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки при заданной частоте вращения и параметрах возбуждения. Также к основным характеристикам относится мощность и КПД, который достигает 90-95%.

УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор состоит из двух частей:

  • подвижная вращающаяся часть якорь;
  • неподвижная – статор.

Статор состоит из станины, магнитных полюсов, подшипникового щита с подшипниками. Станина — это несущая часть генератора, на которой размещены все его части. Внутри установлены полюсы с сердечниками и обмотками возбуждения. Изготавливается из ферромагнитных материалов.

Ротор или якорь состоит из сердечника, вала, коллектора и вентилятора. В качестве опоры для якоря используются подшипники, установленные на боковых подшипниковых щитах статора.

Преимущества и область применения.

Генераторы постоянного тока обладают следующими достоинствами:

  • простота конструкции, компактность;
  • надежность;
  • экономичность;
  • обратимость, то есть возможность использования в качестве электродвигателя;
  • практически линейная внешняя характеристика.

Недостатки:

  • высокая стоимость;
  • ограниченный срок службы щеточно-коллекторного узла.

Используются в различных отраслях производства, в строительстве, в промышленных установках, сварочном оборудовании, в машиностроении, на предприятиях металлургической промышленности, в автомобильном, железнодорожном, воздушном и морском, транспорте.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Источник