Как работает генератор постоянного тока: Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

Содержание

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 = Blvsinwt; e₂ = -Blvsinwt; , где B – магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t – время, wt – 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 = 2B

lvsinwt, 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.

ЭДС

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 = EI_a. Отдаваемая в цепь полезная мощность P₁ = UI.

КПД

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

На холостом ходе η_e = 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.

Видео по теме

Список использованной литературы

Вольдек А. И., Попов В. В. «Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы» 2008
О.А.Косарева «Шпаргалка по общей электротехники и электроники»
Китаев В. Е., Корхов Ю. М., Свирин В. К. «Электрические машины» Часть 1. Машины постоянного тока. 1978
Данилов И.А., Лотоцкий К.В. «Электрические машины» 1972

принцип действия, схема подключения, устройство + инструкция с фото и видео

Современный окружающий нас мир трудно представить без электрической энергии. Одними из устройств, для производства с детства привычного нам электричества, и являются генераторы разных типов. Рассмотрим устройство генератора постоянного тока.

Любой генератор является механизмом, для преобразования любого вида механической энергии в электрическую. Любое механическое усилие, будь то рычаг, электрический или бензиновый двигатель, служит источником энергии. А подведение этого источника к генератору приводит к выработке им электрического тока.

Основное отличие от генераторов переменного тока заключается в необходимости присутствия аккумулятора или ИБП. Это значительно сужает их применение в промышленности и бытовой сфере.

В последнее время, в связи с повсеместным развитием электротранспорта их используют в качестве источника питания для электромобилей, погрузчиков, троллейбусов и прочего автотранспорта.

К достоинствам можно отнести малые габариты и вес, отсутствие потерь мощности на вихревых токах и малую зависимость от климатических условий. Чтобы понять, что представляет из себя это устройство, достаточно взглянуть на фото генератора постоянного тока.

Краткое содержимое статьи:

Конструкция генератора
Рассмотрим, что представляет собой генератор постоянного тока. Во-первых, это изготовленный из прочной стали или чугуна корпус устройства. По корпусу также проходит магнитное поле, создаваемое полюсами генератора. Во-вторых, это ротор и статор.

На ферромагнитный статор закрепляется катушка возбуждения. Направление магнитного потока определяют сердечники статора, оснащённые полюсами.
Для большого КПД самого генератора, ротор собран из металлических пластин. Кроме того такая конструкция ротора позволяет значительно сократить появление вихревых токов.
На металлические пластины сердечника наматывают медную или обмедненную обмотку – обмотку самовозбуждения. Количество щеток генератора, изготавливаемых из графита, зависит от количества полюсов на нем, как минимум две. Конструкцию генератора мы можем наглядно рассмотреть на рисунке.
Вывод контура генератора соединяются с помощью коллекторных пластин. Пластины делаются из доступного и хорошего проводника электрического тока – меди, а разделяются между собой диэлектриком.
Принцип действия
Принцип действия генератора постоянного тока, как и любого другого устройства похожего типа основан на знакомого нам со школы явления электромагнитной индукции и появление в устройстве электродвижущей силы – ЭДС. Вспомним школьную физику: если к проводнику с вращающимся внутри него постоянным магнитом присоединить какую-либо нагрузку, то в ней появится переменный ток. Такое возможно из-за того, что поменялись местами магнитные полюса самого магнита.
Чтобы получить ток постоянный необходимо присоединять точки подключения нагрузки синхронно со скоростью вращения магнита. Для этого и предназначен в генераторе коллектор, закреплённый на роторе и крутящийся с той же частотой.

Снимается полученная в результате всего этого процесса энергия с помощью графитных щёток, обладающих хорошей проводимостью и достаточно низким трением. Когда происходит переключения пластин коллектора ЭДС равна нулю, но полярность ее не меняется, за счёт переподключения на другой проводник.
Классификация
Разделение генераторов по классам происходит по тому принципу, как они возбуждаются. Есть два основных типа классификации генераторов, это самовозбуждающиеся и генераторы с независимым возбуждением.
Первый класс это устройства, где обмотка питается непосредственно от якоря. Его можно подразделить на последовательно, параллельное и смешанное возбуждение. Второй класс подразделяется на электромагнитное и магнитоэлектрическое возбуждение.
Способы возбуждения
За счёт использования в устройствах малой мощности постоянных магнитов получается магнитное возбуждение. Соответственно при использовании электромагнитов имеем электромагнитное. Данный способ нашёл широкое применение при производстве генераторов такого типа.
Ещё способы возбуждения генераторов постоянного тока зависят от назначения нужного нам генератора и от того, каким способом подключим обмотку. Если подключить обмотку через специальный реостат к внешнему истоку тока, тогда имеем независимое возбуждение. Такие генераторы находят широкое применение в электрохимическом производстве.
При подключении обмотки через все тот же реостат к клемам самого генератора, получим параллельное возбуждение. Большим плюсом генераторов с таким типом возбуждения является его защита от короткого замыкания, обусловленного все тем же способом возбуждения.

Если обмотку подключить последовательно к якорю, то получится последовательное возбуждение. При таком способе подключения наблюдается сильная зависимость изменения напряжения от величины подключённой нагрузки.
При наличии в генераторе двух обмоток имеет место смешенное подключение, одну обмотку подключают последовательно, другую параллельно.
Подключение проводят таким образом, чтобы создавались магнитные потоки в одном векторе. Число витков при таком подключение в обмотках рассчитывается так, чтобы падение напряжение на одной обмотке компенсировалось другой.
Технические характеристики
Под основными техническими характеристиками генераторов можно понимать следующие величины. Это ЭДС генератора. Непосредственно с ЭДС любого генератора напрямую связана его полная электрическая мощность, которая ей прямопропорциональна.
Полная мощность возрастает при увеличении количества полюсов и частоты оборотов якоря. Полезная же мощность, передаваемая на подключённое внешнее устройство, равна произведению выходного тока на выходное напряжение.
Основная характеристика любого производящего что-либо устройства, в том числе и нашего генератора это КПД. Если генератор выключить, а потом включить, то его КПД будет уменьшаться, в связи с увеличением затрат энергии на нагрев обмотки. Различают электрический КПД и промышленный.

Если генератор работает на холостом ходу или загружен не полностью, то и КПД соответственно значительно уменьшается. Для того чтобы получить комфортный в экономическом плане режим работы генератора в сети, где нагрузка постоянно изменяется, подключают несколько генераторов, соединённых между собой параллельно.
При таком подключении, причём желательно через автомат и вольтметр, добиваются равномерного распределения нагрузки между работающими генераторами. При увеличении потребления внешней нагрузки, в работу включается второй генератор, тем самым регулируя обороты первого и выравнивая напряжение.
При использовании генераторов со смешанным возбуждением происходит автоматическая регулировка характеристик работающих вместе генераторов, повышается стабильность работы. Это возможно из-за того, что в таких генераторах есть уравнительный провод, проходящий между отрицательными или положительными щётками. Именно эта шина и делает работу таких генераторов устойчивой.
Фото генераторов постоянного тока

схема, как устроен и как работает, преимущества и недостатки
Когда-то генераторы постоянного тока, преобразующие механическую энергию в электрическую, были единственными источниками электроэнергии. На сегодня чаще всего используются надежные трехфазные преобразователи переменного тока. Но в некоторых отраслях постоянный ток был регулярно востребован, поэтому устройства для выработки последнего неизменно совершенствовались.
Как работает

Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток. Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки. При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.
Альтернатор постоянного тока
Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.
Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.
Принцип действия генератора
Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.
Якорь
Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.
Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.
Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.
Устройство машины постоянного тока
Установка состоит из главных узлов:
неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.
В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.
Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.
Классификация
Существуют генераторы постоянного тока с независимым возбуждением обмоток, с самовозбуждением. Последние модели используют электричество, которое ими же вырабатывается. По способу объединения обмоток якорей альтернаторы делят на устройства с возбуждением следующих типов:
смешанным;
параллельным;
последовательным.
Схема генератора постоянного тока представлена на картинке 5.
Схемы альтернатора
С параллельным возбуждением
Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения. В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку. В противном случае при разъединении цепи возбуждения внезапно повысится ЭДС самоиндукции, что может повредить изоляционный материал. В состоянии непродолжительного замыкания энергия превращается в тепловую, чем предотвращается разрушение устройства.
Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.
Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.
С независимым возбуждением
Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока. На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря. Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.
Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.
С последовательным возбуждением
Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.
В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.
Со смешанным возбуждением
Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:
основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
вспомогательная — подключена последовательным способом.
В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения. Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток). А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.
Технические параметры
Работа генератора определяется зависимостью между основными величинами, которые являются его главными характеристиками:
отношения между величинами на холостом ходу;
внешние параметры;
регулировочные значения.
Внешняя характеристика генератора постоянного тока крайне важна, так как раскрывает взаимосвязь напряжения и нагрузки. Она отображена на графике. Согласно последнего наблюдается незначительное уменьшение напряжения, но оно почти не зависит от нагрузочного тока (если сохраняется скорость оборотов двигателя).
Внешняя характеристика ГПТ
В устройствах с параллельным возбуждением больше выражено влияние нагрузки на напряжение. Это объясняется уменьшением тока в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее будет уменьшаться напряжение на зажимах агрегата.
Свойства ГПТ с параллельным возбуждением
Если увеличить величину тока при последовательном возбуждении, то вырастет ЭДС. Но напряжение не достигнет высокого значения электродвижущей силы, так как часть энергии уйдет на потери от вихревых токов.
Свойства ГПТ с последовательным возбуждением
При достижении напряжением максимального значения и одновременным увеличением нагрузки, первое начинает стремительно снижаться в то время, как кривая электродвижущей силы продолжает подниматься. Это считается большим недостатком, ограничивающим использование генератора такого типа.
В устройствах со смешанным возбуждением предвиденные встречные подключения обеих катушек. Конечная сила при однонаправленном подключении равняется сумме векторов намагничивающих сил, при встречном — их разнице.
При равномерном увеличении нагрузки напряжение на зажимах почти не меняется. Оно будет расти лишь тогда, если число проводов последовательной обмотки превышает число витков, которое соответствует номинальному возбуждению якоря.
Свойства ГПТ со смешанным возбуждением
Генераторы со встречным включением применяются в том случае, если нужно ограничить токи короткого замыкания. К примеру, при подсоединении аппаратов для сварки.
КПД
Важной характеристикой генератора считается его КПД — соотношение полезной и полной мощности: η = P 2 / P1. При холостом ходе такое отношение равно нулю (η=0). При номинальных нагрузках КПД достигнет максимального значения. Мощные агрегаты имеют коэффициент полезного действия около 90 %.
КПД
ЭДС
Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.
Мощность
Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.
Реакция якоря
Если к альтернатору подключить внешнюю нагрузку, то электротоки его обмотки создадут магнитное поле. Тогда возникнет сопротивление полей якоря и статора. Поле будет самым сильным в тех местах, где ротор приближается к магнитным полюсам, очень слабым — в точках максимального удаления. Ротор чувствует магнитное насыщение стальных катушечных сердечников. Сила реакции напрямую зависит от насыщенности в проводах. В результате на пластинках коллекторов будет происходить искрение щеток.
Реакция ротора
Уменьшение реакции достигается при использовании восполняющих магнитных полюсов или передвижением щеток с линии оси.
Где используются

Еще совсем недавно генераторы постоянного тока устанавливались на транспорте для железных дорог. Но сейчас их вытесняют синхронные трехфазные устройства. Переменный ток синхронных агрегатов выпрямляют полупроводниковыми установками. Некоторые новые локомотивы используют асинхронные двигатели, которые работают на переменном токе.
Применение ГПТ
Такие же обстоятельства и с автогенераторами, которые постепенно замещают асинхронными устройствами с дальнейшим выпрямлением.
Сварочный генератор
Стоит заметить, что передвижное оборудование для сварки (имеющие автономное питание) обычно находится в паре с таким генератором. Отдельные отрасли промышленности продолжают применять мощные агрегаты описанного типа.
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:
Генераторы тока: переменного и постоянного
Отсутствие электричества сегодня не становится проблемой как в быту, так и в промышленности. Широкий ассортимент генераторов тока позволяет решить проблему быстро, с минимальными трудозатратами. Резервные источники питания незаменимы в современной реальности — всему нужна электроэнергия. Гарантии, что подачу электроэнергии не прекратят в самый неподходящий момент – не может дать ни она организация. Поэтому резервная электростанция на базе генератора постоянного или переменного тока — важное, а зачастую незаменимое оборудование, которое обеспечивает непрерывность производства, комфорт в бытовой сфере, безопасность и непрерывность технологических процессов.
Что такое генератор тока
Когда нет электрической энергии, требуется получить её из другого источника. Наши предки, например, использовали силу ветра, течения рек. Впрочем, сегодня подобную энергию применяют, если не жалко времени и сил на возведение плотин и ветряков. Генераторы тока стандартно «работают» на топливе, за счет вращения обмотки в магнитном поле преобразовывая механическую энергию вращения в электричество. Ток возникает в замкнутом контуре, протекает по обмоткам, когда к электростанции подключается потребитель — именно так работает генератор тока.
В зависимости от того, как вращается магнитное поле (при неподвижном или подвижном проводнике) различают два типа этих электрических машин — генераторы постоянного или переменного тока.
В чем разница между постоянным и переменным током
Вспоминаем уроки физики. Электроток — заряженные микрочастицы, которые «бегут» в определенном направлении. У постоянного тока частицы движутся по прямой, в одном направлении от минуса к плюсу. У переменного движение электронов идет по синусоиде с определенной частотой (полярность между проводами меняется несколько раз за заданный промежуток времени).

Разница между движением заряженных частиц заложена в принцип работы генераторов электрического тока. Для простого обывателя можно сказать так: в розетке — переменный, в батарейке — постоянный. В качестве частного случая, с очень большим упрощением, можно сказать так: всё что с напряжением до 48 Вольт — всё постоянный, всё что от 100 до 500 Вольт — переменный.
Автор статьи и специалисты Mototech прекрасно осведомлены о том, что и постоянный ток может иметь практически любое напряжение (например, 380 Вольт на шине постоянного тока в ИБП), так же как и переменный ток для узких задач.
В чем конструктивная разница между генераторами
Несмотря на то, что конечный результат работы электростанций один — потребитель получает электроэнергию, методы преобразования механической энергии в электродвижущую силу и электричество различаются. Элементы (комплектующие) также отличны.
Особенности конструкции генераторов переменного тока
Электростанция такого типа состоит из:
Внешней силовой рамы, изготовленной из высокопрочных сплавов. Корпус рассчитан на интенсивную нагрузку, возникающую при передаче магнитного потока от полюса к полюсу. Проще говоря: чугунный кожух не «пробивается» разрядами тока.

Магнитных полюсов, закрепленные на корпусе болтами или шпильками. На «плюс» и «минус» монтируется обмотка.

Статора. Остов с катушкой возбуждения изготавливают из ферромагнитных материалов, на сердечнике устанавливают магнитные полюса, которые и образуют магнитное поле.

Вращающегося ротора (якоря). Задача магнитопровода — снизить вихревые токи и повысить КПД генератора постоянного тока.

Коммутационного узла, оснащенного щетками (обычно изготовленными из графита) и коллекторными пластинами из меди.

Полюсов может быть несколько (число минусов и плюсов всегда идентично). Поэтому сегодня потребитель может купить электростанцию необходимой мощности и обеспечить электричеством как дом, так и промышленный объект.
Особенности конструкции генератора переменного тока

Конструктивной разницы в статоре и роторе между устройствами постоянного и переменного тока нет. Практически идентичны и силовые рамы. Существенное отличие в комплектации коммуникационного узла. Каждый выход механизма помимо щеток оснащен токопроводящими кольцами. «Закольцованный» ток движется по синусоиде и несколько раз в секунду достигает пика мощности. По типу устройства, характеристикам и принципу работы современные генераторы переменного тока делятся на синхронные и асинхронные.

Специфика синхронного устройства: скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в рабочем зазоре.
Асинхронным машинам характерны:
Отсутствие электрической связи с ротором;

Вращение якоря под воздействием остаточного механизма статора;

Измененная электрическая нагрузка на статоре.

Такие агрегаты могут быть однофазными и трехфазными.
Принцип работы генератора постоянного тока

Простейший по конструкции генератор работает следующим образом:
Рамка вращается вокруг оси, расположенная на корпусе обмотка регулярно проходит через «минус» и «плюс» полюсов.

Каждый раз при достижении разнополюсных точек, происходит смена направления тока на противоположное.

Выходной цепи благодаря полукольцу, расположенному на коллекторном узле, создается постоянный ток.

С помощью щеток с положительного или отрицательного полюса снимается потенциал и по схеме передается потребителю.

Такая схема работает в простейшей конструкции, с одним плюсом и минусом, если положительных/отрицательных точек больше, ЭДС и ориентировочное количество электроэнергии рассчитываются по формуле.

К преимуществам генераторов постоянного тока относят:
Небольшой вес и компактность агрегата;

Возможность использовать в экстремальных условиях;

Отсутствие потерь, связанных с вихревыми токами.

Минус: на большую мощность при использовании устройств такого типа рассчитывать не стоит.
Принцип работы генератора переменного тока

Устройства такого типа преобразуют механику в электроэнергию, вращая проволочную катушку в магнитном поле. Ток вырабатывается, когда силовые линии пересекают обмотку. До тех пор, пока магнитное поле соприкасается с проводником, в нем индуцируется электроток.
Идентичный принцип действует и в случае, если рамка вращается относительно магнита, пересекая силовые линии.
Основные достоинства генераторов переменного тока
В электростанциях с синусоидальной подачей тока отсутствует реактивная мощность. То есть весь запас электроэнергии (с вычетом потерь на проводах) расходуется на нужды потребителя, а не на поддержание работоспособности устройства.
Плюсами использования генераторов переменного тока являются:
Большая выходная мощность при одинаковых габаритах устройств постоянного и переменного тока;

Выработка электроэнергии на низких скоростях вращения ротора;

Проще конструкция и схема, соответственно, меньше узлов, нуждающихся в техобслуживании и ремонте;

Конструкция токосъемного узла отличается большей надежностью;

Больше эксплуатационный ресурс и меньше эксплуатационные затраты.

Дополнительное преимущество: агрегаты с трехфазным питанием можно использовать для питания высоковольтных потребителей.
Где применяются генераторы постоянного и переменного тока
Оба вида генераторов популярны в бытовой и промышленной сфере. Станции постоянного тока нашли применение в сфере транспорта. Так, в трамваях, троллейбусах обычно установлены двигатели, работающие на постоянном токе. Низковольтные устройства незаменимы для питания систем освещения в местах, где нет доступа к централизованной подачи электроэнергии. Например, на борту самолетов. Если большая мощность — не основополагающая характеристика электростанции, то генераторы постоянного тока отлично справятся с питанием оборудования в учебных, медицинских учреждениях, лабораториях. Полноценные дизельные электростанции постоянного тока используются на аэродромах для зарядки и питания бортовых систем летной техники.
Электростанции переменного тока необходимы практически для всего остального. 99% того, что питается от централизованной сети — это устройства переменного тока. Соответственно, аварийное питание этих объектов так же должно осуществляться от соответствующего оборудования.
Мototech специализируется на продаже электростанций различного типа. Поможем выбрать оптимальный вариант электростанции мощностью от 5 до 6000 кВА и конечно же, это будут электростанции переменного тока. Мы обеспечим сопроводительные строительные и электромонтажные работы, грамотную пуско-наладку и обслуживание устройств. С клиентами работают сотрудники с энергетическим образованием, поэтому квалифицированную информацию, ответы на вопросы и правильные расчеты характеристик в соответствии с вашими потребностями гарантируем.

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:
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.
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 и схема подключения
Любой автомобиль располагает собственной бортовой автономной электрической сетью со всеми присущими элементами, источником энергии, накопителем и потребителями. Каждый из узлов функционально закончен, они объединяются электрической проводкой, а параметры сети чётко стандартизованы благодаря накопленному опыту производства автомобильного электрооборудования.
Содержание статьи:
В качестве источника питания электроники выступает генератор, о котором и пойдет речь в этой статье.
Для чего в машине нужен генератор
Вся энергия в бортовую сеть поступает от двигателя внутреннего сгорания. Механическая энергия вращения его коленчатого вала должна быть преобразована в электрическую. Эту роль и выполняет генератор.
Читайте также: Топливный фильтр, виды, месторасположение и замена
В типовом варианте его ротор снабжён шкивом, на который надет гибкий ремень, передающий вращения от аналогичного шкива на носке коленчатого вала. Параллельно от того же ремня могут приводиться и прочие навесные агрегаты, но традиционно он именуется генераторным.
На выходе генератора образуется электрическое напряжение, способное поддерживаться в заданном диапазоне при отдаче любого тока от нуля до максимума, лимитированного номинальной мощностью.
Эту мощность прибор отдаёт при максимально допустимых оборотах ротора, привязанных к предельной частоте вращения коленвала путём подобранного передаточного соотношения ременного привода.
Виды
Выделяется два основных типа автомобильных генераторов:
Постоянного тока, вырабатывается напряжение определённой полярности уже непосредственно на обмотках;
Переменного тока, поскольку требуется всё же постоянное напряжение, то генератор снабжён внутренним полупроводниковым выпрямителем.
В настоящее время используется только второй тип, поскольку он обладает бесспорными преимуществами, причём его обмотки выдают трёхфазное напряжение, как легче поддающееся сглаживанию пульсаций и позволяющее эффективнее использовать массогабарит прибора.
Что находится внутри данного прибора разберем ниже.
Устройство
Внешне все генераторы на первый взгляд похожи, но те кто знаком с электротехникой легко определит с каким прибором имеет дело. Ситуация упрощается тем, что машины постоянного тока использовались только на совсем уж реликтовых автомобилях, давно снятых с производства.
Генератор постоянного тока
В состав динамомашины постоянного тока входят:
корпус;
обмотки возбуждения на статоре, неподвижно закреплённом в корпусе;
силовые обмотки на вращающемся якоре;
щёточный узел с меднографитовыми или угольными щётками, снимающими ток с коллектора вращающегося якоря;
регулятор напряжения, стабилизирующий выход путём регулирования тока возбуждения в обмотках электромагнитов статора;
приводной шкив на валу якоря;
подшипники, в которых вращается вал якоря.
Для создания приемлемой мощности на выходе весь агрегат приходилось выполнять массивным и металлоёмким, поэтому с появлением качественных выпрямительных полупроводниковых приборов генераторы постоянного тока на автомобилях применять перестали.
Генератор переменного тока
Принципиально он устроен похоже, но выходная мощность образуется многофазными обмотками статора, выполненными толстым проводом и не нуждающимися в мощных и ненадёжных токосъёмниках.
Состав оборудования тоже похож:
корпус с кронштейнами крепления и электрическими клеммами;
обмотки статора, установленные в корпусе, могут извлекаться при рассоединении его половин;
ротор с полюсами из мягкого электротехнического железа, медными обмотками и коллектором;
щёточный узел, где обычно устанавливается пара угольных щёток и встраивается интегральный полупроводниковый регулятор напряжения, через который на щётки поступает питание возбуждения;
блок выпрямителя, где расположен трёхфазный мост из шести силовых вентилей (диодов) и трёх относительно маломощных дополнительных диодов питания обмотки возбуждения, число диодов может отличаться в специфически устроенных современных конструкциях;
подшипники на валу ротора;
выходные разъёмы, силовой и управляющий, вторым силовым контактом выступает металлический корпус генератора;
шкив привода и крыльчатка принудительного охлаждения.
Весь конструктив крепится к передней части двигателя для удобной организации ременного привода от шкива коленвала. Часто отклонением генератора в сторону производится регулировка натяжения ремня, в тех случаях, когда более сложная конструкция привода навесных агрегатов не подразумевает наличие отдельного натяжителя с роликом.
Схема подключения
Схема подразделяется на силовую и управляющую цепи. Мощный выход генератора через силовой разъём из закреплённого гайкой на шпильке провода большого сечения соединяется непосредственно с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.
Тонкий управляющий провод чаще всего просто соединён с цепью зажигания через контрольную лампочку. Встречаются и иные схемы, когда лампочка имеет собственное управление от специально предназначенного контакта на корпусе.
Принцип работы
Перед началом работы в автомобиле включается зажигание, и на управляющий контакт генератора поступает напряжение через лампочку. Поскольку энергию генератор в этот момент не вырабатывает, то напряжение на контакте отсутствует, и лампочка оказывается под потенциалом аккумуляторной батареи. Индикатор светится, через обмотку возбуждения протекает начальный ток.
После запуска мотора вращающееся поле обмотки возбуждения на роторе создаёт ответную индукцию в обмотках статора и генератор начинает вырабатывать электроэнергию. Дополнительные диоды поднимают напряжение на контакте лампочки, перепад на ней отсутствует, и она перестаёт светиться, сигнализируя, что всё в порядке, генератор работает.
Электронная схема в реле-регуляторе щёточного узла отслеживает выходное напряжение, увеличивая или уменьшая ток возбуждения, таким образом поддерживая выход на заданном уровне, обычно это 14-15 вольт, в зависимости от типа применённого аккумулятора и его температуры.
Батарея под таким напряжением перестаёт отдавать ток и переходит в режим заряда или удержания, выполняя роль дополнительного фильтрующего элемента, поскольку напряжение генератора пульсирует с частотой трёхфазного выпрямителя.
Если включено много потребителей, а обороты двигателя малы, прибор не в состоянии отдавать требуемую мощность, напряжение уменьшается, а часть потребителей начинает питаться от аккумулятора.
При добавлении оборотов генератор увеличивает мощность, питает потребителей, а избыток её идёт на зарядку аккумулятора. Если батарея заряжена, а мощность избыточна, то реле-регулятор уменьшает ток возбуждения, чтобы не допускать опасного роста напряжения в сети.
Основные неисправности
Проявлением неисправностей становится выход напряжения в сети из заданных пределов, а также посторонние звуки из работающего генератора.
Причины могут быть различными:
износ щёточного узла, он заменяется вместе с интегральным реле;
глубокий износ коллектора щётками, если его уже невозможно устранить шлифовкой, меняются контактные кольца или якорь в сборе;
выход из строя подшипников якоря, их несложно заменить после полной или частичной разборки генератора;
выгорание диодов выпрямителя, в настоящее время их не меняют поодиночке, замене подлежит весь диодный мост;
короткие межвитковые замыкания или обрывы в якоре или статоре, соответствующие детали меняются;
обгорание или коррозия контактов, их тоже можно заменить или очистить.
Не относящейся непосредственно к генератору, но частой неисправностью является сильный свист при добавлении оборотов двигателя. Это свидетельствует о проскальзывании ремня на приводных шкивах, натяжение можно отрегулировать, но лучше такой ремень заменить.
При снятии генератора для ремонта целесообразно сразу поменять диодный мост, подшипники и реле-регулятор со щётками. Так отремонтированный прибор обретёт максимально возможную надёжность, хотя полную гарантию может дать только новый генератор от солидного производителя.
Как проверить автомобильный генератор
В идеале генератор надо проверять на стенде, где он будет раскручен до номинальных оборотов и максимально нагружен с проверкой отдаваемой в таком режиме мощности.
Но можно приблизительно проверить его и не снимая с автомобиля.
К выходной клемме генератора подключается цифровой вольтметр (например, в составе мультиметра).
Двигатель запускается. Показания вольтметра должны увеличиться до номинальных 14 – 14,5 вольт. Исключением станет случай, когда батарея сильно разряжена, тогда напряжение будет расти постепенно, по мере заряда.
Двигатель выводится на средние или высокие обороты, а в автомобиле включаются фары и другие мощные потребители, общей потребностью не превышающие полную мощность генератора. Напряжение должно остаться стабильным, значит генератор отдаёт свою положенную мощность.
От генератора не должно раздаваться характерных воющих звуков изношенных подшипников. При появлении сомнений достаточно снять ремень и прокрутить шкив вручную. Ротор должен вращаться абсолютно плавно, без вибраций и люфтов.
Новый генератор очень надёжен и первые проблемы могут возникнуть лишь после пробега в 100-150 тысяч километров. Но часто эти приборы ходят значительно больше, особенно с промежуточной заменой щёточного узла.
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. В этой статье описывается базовая конструкция и работа 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 в широком смысле можно 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 простой 4-полюсной машины постоянного тока . Машина постоянного тока состоит из двух основных частей; статор и ротор. Основные конструктивные части машины постоянного тока описаны ниже.
Ярмо: Наружная рама машины постоянного тока называется ярмом. Он сделан из чугуна или стали. Он не только обеспечивает механическую прочность всей сборки, но и переносит магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
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.
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.
Сердечник якоря (ротор)
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.
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.
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 переменное 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 В КОНСТРУКЦИИ И ТИПАХ
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 аккумуляторов, 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.
ХОМУТ:
Ярмо — это внешнее покрытие генератора постоянного тока, изготовленное 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.
ПОЛЕВЫЙ ЗАМОК:
Он изготовлен из меди и намотан на каждый полюсный сердечник таким образом, что соседние северный и южный полюса развиваются при возбуждении обмотки возбуждения.
Полюса и обмотки возбуждения
ЯДЕР АРМАТУРЫ:
Якорь — центр электромеханического преобразования.Это вращающаяся часть машины постоянного тока, состоящая из канавок или пазов по всей периферии. В этих пазах проходят токопроводящие проводники якоря. Сердечник якоря состоит из тонких пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.
Ламинированный сердечник арматуры
ОБМОТКА АРМАТУРЫ:
Обмотка якоря изготовлена из меди и размещена 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 медного 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
** Читайте также: Принцип работы двигателя переменного тока
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.
КОРПУС 1:
В любой момент времени провод AB приближается 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 укажет 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.
ВИДЫ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА: Генераторы постоянного тока
делятся на две категории:
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением
В этом типе обмотка возбуждения возбуждается от независимого внешнего источника постоянного тока, такого как аккумулятор.
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.
По соединению катушки возбуждения и катушки якоря самовозбуждающиеся генераторы подразделяются на три типа:
Генераторы обмоток серии
:
Здесь обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря.
Генераторы шунтирующей обмотки:
Здесь обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря.
Генератор комбинированной раны:
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.
СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:
Конструкция генератора постоянного тока: Javapoint
Полюса и обмотки возбуждения: Muniracademy
Сердечник арматуры: Quora
Детали якоря генератора постоянного тока: Graschopp
Коммутатор и щетка в сборе: Pinterest
Читайте похожие статьи:
| Электродвигатель постоянного тока Принцип работы, конструкция и пояснения к схемам
Конструкция
, принцип работы, типы и применение
Первоначальный электромагнитный генератор (диск Фарадея) был изобретен британским ученым Майклом Фарадеем в 1831 году.Генератор постоянного тока — это электрическое устройство, используемое для выработки электроэнергии. Основная функция этого устройства — преобразовывать механическую энергию в электрическую. Доступно несколько типов механических источников энергии, таких как ручные кривошипы, двигатели внутреннего сгорания, водяные турбины , газовые и паровые турбины. Генератор обеспечивает питание всех электрических сетей . Обратную функцию генератора может выполнять электродвигатель. Основная функция двигателя — преобразование электрической энергии в механическую.Двигатели, как и генераторы, обладают схожими характеристиками. В этой статье обсуждается обзор генераторов постоянного тока.

Что такое генератор постоянного тока?
Генератор постоянного тока или генератор постоянного тока — это один из видов электрических машин, и основная функция этой машины — преобразовывать механическую энергию в электричество постоянного тока. В процессе изменения энергии используется принцип энергетически индуцированной электродвижущей силы. Схема генератора постоянного тока показана ниже.
Генератор постоянного тока
Когда проводник рассекает магнитный поток , в нем будет генерироваться энергетически индуцированная электродвижущая сила на основе принципа электромагнитной индукции законов Фарадея . Эта электродвижущая сила может вызвать протекание тока, когда цепь проводника не разомкнута.

Конструкция
Генератор постоянного тока также используется в качестве двигателя постоянного тока без изменения его конструкции. Следовательно, двигатель постоянного тока, иначе генератор постоянного тока, можно вообще назвать машиной постоянного тока . Конструкция 4-полюсного генератора постоянного тока показана ниже. Этот генератор состоит из нескольких частей , таких как ярмо, полюса и полюсные наконечники, обмотка возбуждения, сердечник якоря, обмотка якоря, коммутатор и щетки. Но двумя основными частями этого устройства являются статор и ротор .
Статор
Статор является важной частью генератора постоянного тока, и его основная функция заключается в создании магнитных полей, в которых вращаются катушки.Сюда входят стабильные магниты, два из которых обращены противоположными полюсами. Эти магниты расположены в зоне ротора.
Сердечник ротора или якоря
Сердечник ротора или является второй важной частью генератора постоянного тока и включает в себя железные пластинки с прорезями и прорези, которые уложены друг на друга для формирования цилиндрического сердечника якоря. Как правило, эти пластинки предлагаются для уменьшения потерь из-за вихревого тока .

Обмотки якоря
Пазы сердечника якоря в основном используются для удержания обмоток якоря. Они имеют форму замкнутой обмотки, и они соединены последовательно и параллельно для увеличения суммы производимого тока.
Ярмо
Внешняя конструкция генератора постоянного тока представляет собой ярмо, и оно изготовлено из чугуна или стали. Он дает необходимую механическую мощность для передачи магнитного потока , передаваемого через полюса.
Полюса
Они в основном используются для удержания обмоток возбуждения. Обычно эти обмотки намотаны на полюса, и они соединены последовательно, в противном случае — параллельно обмоткам якоря . Кроме того, полюса будут соединяться по направлению к ярму с помощью метода сварки, в противном случае с помощью винтов.
Башмак полюса
Башмак полюса в основном используется для распределения магнитного потока, а также для предотвращения падения катушки возбуждения.
Коммутатор
Коммутатор работает как выпрямитель для изменения переменного напряжения на постоянного напряжения внутри обмотки якоря и между щетками. Он разработан с медным сегментом, и каждый медный сегмент защищен друг от друга с помощью листов слюды . Он расположен на валу станка.
Коммутатор в генераторе постоянного тока
Функция коммутатора генератора постоянного тока
Основная функция коммутатора в генераторе постоянного тока состоит в изменении переменного тока на постоянный.Он действует как реверсивный переключатель, и его роль в генераторе обсуждается ниже.
ЭДС, наводимая в катушке якоря генератора, является переменной. Таким образом, ток в катушке якоря также может быть переменным. Этот ток можно реверсировать через коммутатор в точный момент, когда катушка якоря пересекает магнитную несмещенную ось. Таким образом, нагрузка достигает постоянного или однонаправленного тока.
Коммутатор гарантирует, что ток от генератора всегда будет течь в одном направлении.Щетки будут обеспечивать качественные электрические соединения между генератором и нагрузкой, перемещаясь по коммутатору.
Щетки
С помощью щеток можно обеспечить электрические соединения между коммутатором и внешней цепью нагрузки.
Принцип работы
Принцип работы генератора постоянного тока основан на законах Фарадея электромагнитной индукции . Когда проводник находится в нестабильном магнитном поле, внутри проводника индуцируется электродвижущая сила.Величина наведенной ЭДС может быть измерена с помощью уравнения электродвижущей силы генератора .
Если проводник находится на закрытой полосе, индуцируемый ток будет течь по ней. В этом генераторе катушки возбуждения генерируют электромагнитное поле, а проводники якоря превращаются в поле. Следовательно, в проводниках якоря будет генерироваться электромагнитно индуцированная электродвижущая сила (ЭДС). Путь наведенного тока определяется правилом правой руки Флеминга.
Уравнение ЭДС генератора постоянного тока
Уравнение ЭДС генератора постоянного тока согласно законам электромагнитной индукции Фарадея равно Eg = PØZN / 60 A
Где Φ —
поток или полюс в пределах Webber
‘ ‘- общее количество проводников якоря
‘ P ‘- количество полюсов в генераторе
‘ A ‘- количество параллельных дорожек внутри якоря
‘ N ‘- вращение якоря в об / мин (обороты в минуту)
‘E’ — индуцированное e.mf в любой параллельной полосе внутри якоря
‘Eg’ — это сгенерированная ЭДС в любой из параллельных полос
‘N / 60’ — количество оборотов в секунду
Время одного поворота будет dt = 60 / N sec
Типы генераторов постоянного тока
Классификация генераторов постоянного тока может быть сделана по двум наиболее важным категориям, а именно с отдельно возбужденными и самовозбужденными.
Типы генераторов постоянного тока
С раздельным возбуждением
В случае с раздельным возбуждением катушки возбуждения усилены от автономного внешнего источника постоянного тока.
Self Excited
В самовозбуждающемся типе катушки возбуждения усиливаются за счет генерируемого тока генератором. Генерация первой электродвижущей силы будет происходить из-за ее выдающегося магнетизма внутри полюсов поля.
Произведенная электродвижущая сила вызовет подачу части тока в катушки возбуждения, что, таким образом, увеличит поток поля, а также генерацию электродвижущей силы. Кроме того, эти типы генераторов постоянного тока можно разделить на три типа, а именно: с последовательной обмоткой, шунтирующей обмоткой и составной обмоткой.
При последовательной намотке обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно друг с другом.
При шунтовой обмотке обмотка возбуждения и обмотка якоря подключены параллельно друг другу.
Составная обмотка представляет собой смесь последовательной и параллельной обмоток.
КПД генератора постоянного тока
Генераторы постоянного тока очень надежны с показателями КПД 85-95%
Рассмотрим выход генератора VI
Вход генератора VI + потери
Вход = VI + I2aRa + Wc
Если ток возбуждения шунта незначителен, то Ia = I (приблизительно)
После этого n = VI / (VI + Ia2Ra + wc) = 1 / (1 + Ira / V + wc / VI)
Для наивысшего КПД d / dt (Ira / V + wc / VI) = 0 в противном случае I2ra = wc
Следовательно, КПД будет максимальным, если переменные потери эквивалентны постоянным потерям
Ток нагрузки, эквивалентный наивысшему КПД, равен I2ra = wc в противном случае I = √wc / ra
Потери в генераторе постоянного тока
На рынке доступны различные типы машин, в которых общая входная энергия не может быть преобразована в выходную из-за потерь входной энергии.В генераторах этого типа могут возникать разные потери.
Потери в меди
Потери в меди якоря (Ia2Ra), где ток якоря равен «Ia», а сопротивление якоря — «Ra». Для генераторов, таких как шунтирующие, потери в меди эквивалентны Ish3Rsh, что почти стабильно. Для генераторов с последовательной обмоткой потери в меди в поле эквивалентны Ise2 Rse, что также почти стабильно. Для генераторов, таких как составная обмотка, потери меди в поле аналогичны Icomp2 Rcomp, который также почти стабилен.При полной нагрузке потери в меди происходят на 20-30% из-за контакта с щеткой.
Сердечник или железо, или магнитные потери
Классификация потерь в сердечнике может быть сделана на два типа, например, гистерезис и вихревой ток
Гистерезисные потери
Эти потери в основном возникают из-за реверсирования сердечника якоря. Каждая часть сердечника ротора попеременно проходит под двумя полюсами, такими как север и юг, и соответственно достигает полярности S и N. Каждый раз, когда ядро подает напряжение ниже одного набора полюсов, ядро завершает одну серию смены частоты.Пожалуйста, обратитесь к этой ссылке, чтобы узнать больше о том, что такое гистерезисные потери: факторы и их применение Согласно законам электромагнитной индукции, эта ЭДС чрезвычайно мала, однако она создает большой ток на поверхности сердечника. Этот огромный ток известен как вихревой ток, тогда как потери называются потерями на вихревые токи.
Потери в сердечнике стабильны для составных и шунтирующих генераторов, поскольку их токи возбуждения почти стабильны. Эти потери в основном происходят от 20% до 30% при полной нагрузке.
Механические потери
Механические потери могут быть определены как потери на трение вращающегося якоря в воздухе или потери от ветра. Потери на трение в основном возникают от 10% до 20% потерь при полной нагрузке в подшипниках и коммутаторе.
Паразитные потери
Паразитные потери в основном возникают из-за сочетания потерь в сердечнике и механических потерь.Эти потери также называются вращательными потерями.
Разница между генераторами переменного и постоянного тока
Прежде чем мы сможем обсудить разницу между генераторами переменного и постоянного тока, мы должны знать концепцию генераторов. Как правило, генераторы делятся на два типа, например, переменного и постоянного тока. Основная функция этих генераторов — изменение мощности с механической на электрическую. Генератор переменного тока генерирует переменный ток, тогда как генератор постоянного тока генерирует постоянную энергию.
Оба генератора используют закон Фарадея для выработки электроэнергии.Этот закон гласит, что как только проводник перемещается в магнитном поле, он разрезает магнитные силовые линии, чтобы стимулировать ЭДС или электромагнитную силу внутри проводника. Величина этой наведенной ЭДС в основном зависит от связи сил магнитной линии через проводник. Как только цепь проводника замкнута, ЭДС может вызвать протекание тока. Основными частями генератора постоянного тока являются магнитное поле и проводники, которые движутся в магнитном поле.
Основные различия между генераторами переменного и постоянного тока — одна из самых важных электрических тем.Эти различия могут помочь студентам изучить эту тему, но перед этим следует знать о генераторах переменного тока, а также генераторах постоянного тока во всех деталях, чтобы различия были очень просты для понимания. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о разнице между генератором переменного и постоянного тока.
Характеристики
Характеристика генератора постоянного тока может быть определена как графическое представление между двумя отдельными величинами. Этот график покажет установившиеся характеристики, которые объясняют основную взаимосвязь между напряжением на клеммах, нагрузкой и возбуждением через этот график.Ниже описаны наиболее важные характеристики этого генератора.
Характеристики намагничивания
Характеристики намагничивания обеспечивают разницу производимого напряжения в противном случае напряжение холостого хода через ток возбуждения при стабильной скорости. Эта характеристика также известна как характеристика холостого хода разомкнутой цепи.
Внутренние характеристики
Внутренние характеристики генератора постоянного тока могут быть нанесены на график между током нагрузки и генерируемым напряжением.
Внешние характеристики или характеристики нагрузки
Характеристики нагрузки или внешнего типа обеспечивают основные взаимосвязи между током нагрузки, а также напряжением на клеммах при стабильной скорости.
Преимущества
Преимущества a генератора постоянного тока включают следующее.
Генераторы постоянного тока генерируют большую мощность.
Конечная нагрузка этих генераторов высока.
Конструкция генераторов постоянного тока очень проста.
Они используются для генерации неравномерной выходной мощности.
Они полностью соответствуют 85-95% рейтингу эффективности.
Они дают надежный результат.
Они легкие и компактные.
Недостатки
К недостаткам генератора постоянного тока можно отнести следующее.
Генератор постоянного тока не может использоваться с трансформатором
Эффективность этого генератора низкая из-за многих потерь, таких как медные, механические, вихревые и т. Д.
Падение напряжения может происходить на больших расстояниях
Он использует разъемное кольцо коммутатор, поэтому это усложняет конструкцию машины
Дорогой
Требует обслуживания
Искры будут генерироваться при выработке энергии
Больше энергии будет потеряно при передаче
Применения генераторов постоянного тока
генераторы включают следующее.
Генератор постоянного тока с раздельным возбуждением используется для повышения напряжения, а также для гальваники . Он используется для питания и освещения с помощью регулятора поля
Генератор постоянного тока с самовозбуждением или шунтирующий генератор постоянного тока используется для питания, а также для обычного освещения с использованием регулятора. Может использоваться для аккумуляторного освещения.
Генератор постоянного тока серии используется в дуговых лампах для освещения, генератора стабильного тока и бустера.
Составной генератор постоянного тока используется для обеспечения источника питания для сварочных аппаратов постоянного тока.
Составной генератор постоянного тока уровня используется для электроснабжения общежитий, домиков, офисов и т. Д.
Над составной генератор постоянного тока используется для компенсации падения напряжения в фидерах.
Итак, это все про генератор постоянного тока . Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что основные преимущества генераторов постоянного тока включают простую конструкцию и дизайн, простую параллельную работу и проблемы стабильности системы в меньшей степени, чем генераторы переменного тока.Вот вам вопрос, в чем недостатки генераторов постоянного тока?
Электрогенератор | инструмент | Британника
Полная статья
Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям. Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.
Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая энергия может поступать из ряда источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый за счет тепла сгорания ископаемого топлива или ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели. Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.
Почти все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение полярности в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной и той же частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.
Генераторы синхронные
Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы.Эти устройства преобразуют электрическую энергию при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд). Конкретная используемая форма переменного тока представляет собой синусоидальную волну, которая имеет форму, показанную на рисунке 1. Это было выбрано, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены и имеют такая же форма возникает в результате.В идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор разработан для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидным, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Ротор
Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем.Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в пазы, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора. На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что соответствует синусоидальному распределению.
Элементарный синхронный генератор.
Британская энциклопедия, Inc.
Статор элементарного генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, причем две стороны размещены в пазах в утюге, а концы соединены вместе изогнутыми проводниками по периферии статора. Катушка обычно состоит из нескольких витков.
Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение.В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки. Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже. Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.
Структура ротора генератора на рисунке 2 имеет два полюса, один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь.Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора. Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механического напряжения.В этом случае ротор генератора спроектирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов. Возможные значения скорости ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.
Генератор постоянного тока — определение, детали и принцип работы
Что такое генератор постоянного тока?
Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются электрическими генераторами. Вырабатываемая электроэнергия далее передается и распределяется по линиям электропередач для домашнего и коммерческого использования. Существует два типа генераторов:
Генератор переменного тока
Генератор постоянного тока
Генератор постоянного тока — это тип электрического генератора, который преобразует механическую энергию в электричество постоянного тока.Здесь преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. Эти генераторы наиболее подходят для автономных приложений. Генераторы постоянного тока обеспечивают непрерывное питание накопителей электроэнергии и электрических сетей (постоянного тока).
Части генератора постоянного тока
[Изображение будет загружено в ближайшее время]
Генератор постоянного тока состоит из следующих частей —
Статор — Статор представляет собой набор из двух магнитов, расположенных таким образом, что противоположные полярности обращены друг к другу .Статор предназначен для создания магнитного поля в области вращения катушки.
Ротор — Ротор представляет собой многослойный цилиндрический сердечник якоря с прорезями.
Сердечник якоря — Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму и имеет канавки на внешней поверхности. Эти пазы вмещают в нем обмотку якоря.
Обмотка якоря — это изолированные проводники, помещенные в сердечник якоря. Из-за них происходит реальное преобразование энергии.
Катушки возбуждения — для создания магнитного поля катушки возбуждения размещаются над полюсным сердечником. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно. Когда через них протекает ток, соседние полюса приобретают противоположную полярность.
Хомут — внешняя полая цилиндрическая конструкция известна как Хомут. Он обеспечивает поддержку основных полюсов и межполюсников и обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока.
Полюса — основная функция полюсов — поддерживать катушки возбуждения.Это увеличивает площадь поперечного сечения магнитной цепи, что приводит к равномерному распределению магнитного потока.
Полюсный башмак — Для защиты катушки возбуждения от падения и увеличения равномерного распространения магнитного потока используется полюсный башмак. Башмак прикреплен к хомуте.
Коммутатор — Коммутатор имеет цилиндрическую форму. Несколько клиновидных жестко вытянутых медных сегментов образуют коммутатор. Функции коммутатора:
Принцип работы генератора постоянного тока
Генератор постоянного тока работает по принципу законов Фарадея электромагнитной индукции.Согласно закону Фарадея, всякий раз, когда проводник находится в флуктуирующем магнитном поле (или когда проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС. Если проводник провести по замкнутому пути, возникнет индуцированный ток. Направление индуцированного тока (определяемое правилом правой руки Флеминга) изменяется по мере изменения направления движения проводника.
[Изображение будет загружено в ближайшее время]
Например, рассмотрим случай, когда якорь вращается по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх.Когда якорь завершит половину оборота, направление движения проводника изменится на обратное. Направление тока будет переменным. Когда соединения проводов якоря меняются местами, происходит реверсирование тока. Таким образом, мы получаем на выводах однонаправленный ток.
Уравнение ЭДС генератора постоянного тока
Уравнение ЭДС для генератора постоянного тока выражается как,
Где,
Например, ЭДС, генерируемая на любом параллельном пути
P- Общее количество полюсов в поле
N- Скорость вращения якоря (об / мин)
Z- Общее количество проводов якоря в поле.
Ø- Магнитный поток на полюс.
A — количество параллельных ходов в якоре.
Eg = (PØNZ) / 60A
Потери в генераторах постоянного тока
При преобразовании механической энергии в электрическую возникают потери энергии, т.е. весь ввод не преобразуется в выход. Эти потери классифицируются в основном на три типа:
Потери в меди. Эти потери возникают при протекании тока через обмотки и бывают трех типов: потери в меди якоря, потери в медной обмотке возбуждения и потери из-за сопротивления щеток.
Потери в железе — из-за индукции тока в якоре возникают потери на вихревые токи и гистерезисные потери. Эти потери также называются потерями в сердечнике или магнитными потерями.
Механические потери. Потери, возникающие из-за трения между частями генератора, называются механическими потерями.
Типы генераторов постоянного тока
[Изображение будет загружено в ближайшее время]
Применение генератора постоянного тока
Генератор постоянного тока с независимым возбуждением используется в силовых и осветительных целях с использованием регуляторов поля.
Генератор постоянного тока серии используется в дуговых лампах для генератора стабильного тока, освещения и усилителя.
Составные генераторы постоянного тока уровня используются для питания общежитий, офисов, домиков.
Составные генераторы постоянного тока используются для питания сварочных аппаратов постоянного тока.
Генератор постоянного тока используется для компенсации падения напряжения в фидерах.
Принцип работы генератора — Генератор переменного и постоянного тока — Электротехника 123
Машины постоянного или постоянного тока используются для преобразования одной формы энергии в другую.Аналогичным образом, генератор постоянного тока используется для генерации энергии, которая работает по принципу преобразования механической энергии в электрическую. Основным законом или принципом, лежащим в основе генератора, является закон Фарадея электромагнитной индукции, который гласит, что всякий раз, когда проводник перемещается в магнитном поле так, что он пересекает линии потока, создается динамически индуцированная электромагнитная сила ЭДС. Величина этой наведенной ЭДС в проводнике определяется уравнением:
e = Blv sin θ, где
l = длина части проводника в магнитном поле
v = скорость проводника
B = плотность магнитного потока
θ = угол между направлением движения проводника и направлением магнитного потока.
Следующая диаграмма поясняет принцип работы генератора постоянного тока.
Принцип генератора постоянного тока
A Генератор постоянного тока вырабатывает прямую энергию на основе фундаментального принципа законов электромагнитной индукции Фарадея . Согласно этим законам, когда проводник движется в магнитном поле, он разрезает силу магнитных линий, из-за чего в проводнике индуцируется ЭДС. Величина этой наведенной ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока, связанного с проводником.Эта электродвижущая сила ЭДС вызовет протекание тока, если цепь проводника замкнута. Следовательно, две основные части генератора — это магнитное поле и проводники, которые движутся внутри этого магнитного поля.
Давайте разберемся с основным принципом генератора постоянного тока на приведенном выше рисунке, который показывает, что одиночный контур с проводником прямоугольной формы помещен между двумя противоположными полюсами магнита. Теперь рассмотрим прямоугольную петлю из проводника ABCD, который вращается внутри магнитного поля вокруг своей оси ab.Когда петля поворачивается из вертикального положения в горизонтальное, она обрезает силовые линии поля. Во время движения двух сторон, то есть AB и CD петли, пересекают силовые линии, на обеих сторонах (AB и DC) петли будет индуцированная ЭДС. Когда петля замкнута, в ней будет циркулировать ток. Направление течения можно определить с помощью правила правой руки Флеминга. Форма волны тока через цепь нагрузки показана на рисунке ниже.Этот ток однонаправлен.
форма волны тока от генератора постоянного тока
Рассмотрим одновитковую прямоугольную медную катушку, вращающуюся в магнитном поле. Катушка при вращении занимает разные угловые положения. При повороте катушки на угол 90 ° наведенная в катушке ЭДС максимальна. Поверните катушку дальше на 180 °. ЭДС , наведенная в катушке , будет равна нулю. Поверните катушку дальше на угол 270 °. ЭДС, индуцированная в катушке, максимальна в обратном направлении.Делаем вывод, что характер наведенной ЭДС действительно альтернированный.
Конструкция генератора постоянного тока
Генератор постоянного тока состоит из следующих частей:
Ярмо
Ротор
Статор
Обмотка возбуждения
Электромагниты возбуждения
Сердечник полюса и полюсный башмак
вал
Катушка
Якорь генератора постоянного тока
Коммутатор генератора постоянного тока
Щетки генератора
Подшипник
Ярмо генератора постоянного тока
Он удерживает сердечники магнитного полюса генератора и действует как крышка генератора.Он несет поток магнитного поля. В небольшом генераторе ярмо изготовлено из чугуна, но для большой конструкции генератора постоянного тока , когда речь идет о весе машины, для изготовления ярма генератора постоянного тока предпочтительнее более легкая литая или катаная сталь.
Опорные сердечники и полюсные наконечники генератора постоянного тока
В основном доступны два типа конструкции:
Сплошной полюсный сердечник, где он изготовлен из цельного куска чугуна или литой стали.
Ламинированный сердечник полюса, где он состоит из ряда тонких пластин из отожженной стали. Конструкция магнитных полюсов в основном состоит из двух частей, а именно полюсного сердечника и полюсного наконечника, которые сложены вместе и затем прикреплены к ярму.
Вышеупомянутые две конструкции предназначены для разных целей, полюсный сердечник имеет небольшую площадь поперечного сечения и его функция состоит в том, чтобы просто удерживать полюсный башмак над ярмом, тогда как полюсный башмак, имеющий относительно большую площадь поперечного сечения, расширяет магнитный поток, создаваемый через воздушный зазор Сердечники полюсов и полюсные наконечники генератора постоянного тока.
Сердечник якоря генератора постоянного тока
Назначение сердечника якоря — удерживать обмотку якоря и обеспечивать путь для магнитного потока с низким сопротивлением. Хотя генератор постоянного тока обеспечивает постоянный ток, индуцированный ток в якоре имеет переменный характер. Поэтому сердечник якоря цилиндрической или барабанной формы изготавливается из круглого многослойного листа. В каждом круглом ламинировании пазы либо высекаются, либо перфорируются на внешней периферии, а шпоночная канавка находится на внутренней периферии.
Обмотка якоря генератора постоянного тока
Обмотка якоря обычно имеет форму намотки. Различные жилы катушек изолированы друг от друга. Проводники вставляются в пазы якоря, которые футерованы прочным изоляционным материалом.
Обмотки якоря можно разделить на две группы, в зависимости от способа подключения проводов к коммутатору, а именно:
Наклонные обмотки
Волновые обмотки
В нахлестанных обмотках два конца любой одной катушки переносится на соседние сегменты.В волновых обмотках два конца каждой катушки согнуты в противоположных направлениях и разделены на сегменты на некотором расстоянии друг от друга. Если генератор постоянного тока имеет p пар полюсов, количество параллельных путей с кольцевой обмоткой = 2p и количество параллельных путей с волновой обмоткой = 2.
Коммутатор генератора постоянного тока
Коммутатор играет жизненно важную роль. роль в генераторе постоянного тока . Он собирает ток от якоря и отправляет его в нагрузку как постоянный ток. Фактически он принимает переменный ток от якоря и преобразует его в постоянный ток, а затем отправляет его на внешнюю нагрузку.Он имеет цилиндрическую структуру и состоит из сегментов клиновидной формы с высокой проводимостью, изготовленных из твердотянутой или штампованной меди. Каждый сегмент изолирован от вала.
Щетки генератора постоянного тока
Щетки изготовлены из угля. Это прямоугольный блок. Единственная функция этих угольных щеток генератора постоянного тока — собирать ток с сегментов коммутатора. Щетки размещены в держателе щеток прямоугольной формы.
Классификация генераторов постоянного тока
Генераторы постоянного тока можно разделить в основном на два класса i.е. отдельно возбужденный и самовозбужденный. Другие самовозбуждающиеся генераторы подразделяются на шунтирующие генераторы, последовательные генераторы, составные генераторы, составные генераторы с длинным шунтом и составные генераторы с коротким шунтом.
В генераторах постоянного тока с независимым возбуждением обмотка возбуждения возбуждается отдельным источником постоянного тока . Ток возбуждения можно изменять с помощью последовательно включенного переменного сопротивления. В шунте обмотка возбуждения генератора подключена параллельно якорю. Обмотка возбуждения генератора последовательно соединена с якорем.В длинном шунтирующем генераторе соединения присутствуют как последовательные, так и шунтирующие обмотки. Короче говоря, шунтирующий составной генератор, шунтирующее поле подключается только через клеммы якоря.
Существует множество генераторов , которые используются для разных целей и известны под разными терминами на обычном человеческом языке в зависимости от их использования и торговых марок, таких как переносной генератор, дизельный генератор, генератор на постоянных магнитах, генератор, комплект dg, портативный дизель. генератор, газогенератор, генератор природного газа, резервный генератор, генератор солнечной энергии, электрический генератор, генератор энергии, генератор Yamaha, генераторы Колера, генератор пропана.
Видео Объяснение принципа работы генератора постоянного тока

Как работает генератор постоянного тока?

В электротехнике машины постоянного тока — очень обширная тема, и новичку сложно понять ее работу. В этой статье я остановился на самой базовой конструкции генератора постоянного тока и его принципе работы.
Базовая конструкция вращающейся машины:
Любая вращающаяся машина состоит из двух основных частей.Т.е. статор и ротор. Статор — это неподвижная часть машины, которая покрывает все остальные части машины, а вращающаяся часть машины, которая отделена от статора небольшим воздушным зазором, называется ротором.
Статор и ротор имеют пазы для размещения обмоток. Оба сделаны из ферромагнитного материала. Часть машины, в которой индуцируется электромагнитная сила (ЭДС), называется якорем, а обмотки — обмотками якоря.Обмотка, через которую пропускается ток для возбуждения магнитного поля и создания основного потока, называется обмоткой возбуждения.
Машины постоянного тока относятся к вращающимся машинам. Машины постоянного тока подразделяются на генераторы постоянного тока и двигатели постоянного тока. Эта статья расширяет знания о генераторе постоянного тока и кратко описывает
i) Конструкция
ii) Принцип работы
iii) Преимущества перед генераторами переменного тока.
Конструкция генератора постоянного тока:
Генератор постоянного тока состоит из 3 основных частей.
a) Магнитная цепь
b) Якорь
c) Коммутатор и щеточный механизм.
Магнитная цепь
Ярмо и полюс являются основными частями магнитной цепи.
Хомут — это полая внешняя рама цилиндрической формы, изготовленная из стального литья или стального проката. Он поддерживает корпус полюса, а также обеспечивает путь для магнитного потока.
Сердечник полюса и полюсный башмак вместе образуют корпус полюса. Сердечники полюсов ламинированы и прикручены к ярму болтами. Каждый полюсный сердечник имеет полюсный башмак с изогнутой поверхностью.Полюсный башмак поддерживает катушки возбуждения и увеличивает площадь магнитной цепи для уменьшения сопротивления.
Катушки возбуждения соединены последовательно друг с другом, так что, когда через катушки течет ток, в направлении вращения возникают чередующиеся северный и южный полюса.
Якорь
Вращающаяся часть машины постоянного тока называется якорем. Сердечник арматуры состоит из ламината. На его внешней поверхности предусмотрены прорези, в которые вкладываются обмотки, называемые проводниками якоря.Проводники подключены соответствующим образом и расположены таким образом, чтобы предотвратить их полет под действием центробежных сил при вращении машины. ЭДС индуцируется в этих проводниках и должна быть преобразована в постоянный ток.
Коммутатор и щеточный редуктор
Это важная часть машины, где в генераторах постоянного тока происходит преобразование переменного тока в постоянный. Коммутатор размещен над валом и вращается вместе с якорем. ЭДС, наведенная в проводниках якоря, имеет переменную природу.Для получения постоянного тока во внешней цепи необходим коммутатор, состоящий из жестко вытянутых медных сегментов клиновидной формы, изолированных друг от друга. Каждый сегмент коммутатора подключен к концам катушки якоря.
Поскольку коммутатор является вращающейся деталью, трудно получить выход постоянного тока и подключить его к внешней цепи. На коммутаторе установлены две или более угольных щеток, поддерживаемых коробкой. Ток, возникающий в обмотке якоря, передается на коммутатор, а затем во внешнюю цепь с помощью угольных щеток.
Принцип работы
Все генераторы работают по принципу динамически индуцированной ЭДС. Это не что иное, как закон электромагнитной индукции Фарадея. В нем говорится, что всякий раз, когда поток, соединяющий проводник, изменяется, в проводнике или катушке индуцируется ЭДС. Изменение магнитного потока, связанное с проводником, существует до тех пор, пока существует относительное движение между полем и проводником.
Для выполнения действия по генерации необходимы следующие компоненты.
a) Проводник или катушка — Проводники якоря образуют эту часть в машине
b) Создание потока — Полюса создают необходимый магнитный поток при возбуждении.
No related posts.

Разное