Generatory prądu stałego

Zasada działania generatora prądu stałego

Generator opiera się na wykorzystaniu prawo indukcji elektromagnetycznej, zgodnie z którym w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym i przecinającym strumień magnetyczny, jest indukowany przez ef.

Jedną z głównych części maszyny prądu stałego jest obwód magnetyczny, przez który zamknięty jest strumień magnetyczny. Obwód magnetyczny maszyny prądu stałego (rys. 1) składa się z części nieruchomej — stojana 1 i części obrotowej — wirnika 4. Stojan jest stalową obudową, do której przymocowane są inne części maszyny, w tym bieguny magnetyczne 2. Na na biegunach magnetycznych 3 umieszczona jest cewka wzbudzająca, zasilana prądem stałym i wytwarzająca główny strumień magnetyczny Ф0.

Ryż. 1. Obwód magnetyczny czterobiegunowej maszyny prądu stałego

Ryż. 2. Arkusze, z których montowany jest obwód magnetyczny wirnika: a — z kanałami otwartymi, b — z kanałami półzamkniętymi

Wirnik maszyny jest zmontowany z tłoczonych blach stalowych z obwodowymi rowkami i otworami na wał i wentylację (rys. 2). W kanałach (5 na ryc. 1) wirnika układane jest uzwojenie robocze maszyny prądu stałego, to znaczy uzwojenie, w którym em jest indukowany przez główny strumień magnetyczny. itp. zUzwojenie to nazywane jest uzwojeniem twornika (stąd wirnik maszyny prądu stałego jest zwykle nazywany twornikiem).

Znaczenie e. itp. c. Generator prądu stałego można przełączać, ale jego biegunowość pozostaje stała. Zasada działania generatora prądu stałego jest pokazana na ryc. 3.

Bieguny magnesu trwałego wytwarzają strumień magnetyczny. Wyobraź sobie, że uzwojenie twornika składa się z jednego zwoju, którego końce są przymocowane do różnych półpierścieni, odizolowanych od siebie. Te półpierścienie tworzą kolekcjonera, który obraca się wraz z obrotem uzwojenia twornika. W tym samym czasie szczotki stacjonarne przesuwają się wzdłuż kolektora.

Kiedy cewka obraca się w polu magnetycznym, indukowana jest w niej siła elektromotoryczna

gdzie B to indukcja magnetyczna, l to długość drutu, v to jego prędkość liniowa.

Kiedy płaszczyzna cewki pokrywa się z płaszczyzną linii środkowej biegunów (cewka jest ustawiona pionowo), druty przecinają maksymalny strumień magnetyczny i indukowana jest w nich maksymalna wartość e. itp. c. Gdy kontur jest poziomy, np. itp. v. w przewodach wynosi zero.

Kierunek e. itp. p w przewodzie określa reguła prawej dłoni (na ryc. 3 pokazano strzałkami). Kiedy podczas obracania się cewki drut przechodzi pod drugim biegunem, kierunek e. itp. v. nawrócił się. Ale ponieważ kolektor obraca się wraz z cewką, a szczotki są nieruchome, to drut znajdujący się poniżej bieguna północnego jest zawsze podłączony do szczotki górnej, np. itp. v. który jest skierowany z dala od pędzla. W rezultacie polaryzacja szczotek pozostaje niezmieniona, a zatem pozostaje niezmieniona w kierunku e. itp. na pędzlach — np.SCH (ryc. 4).

Ryż. 3. Najprostszy generator prądu stałego

Ryż. 4. Zmiana w czasie siły elektromotorycznej.najprostszy generator prądu stałego

Chociaż itp. c. Najprostszy generator prądu stałego jest stały w kierunku, jego wartość zmienia się, obracając dwukrotnie wartości maksymalne i dwukrotnie wartości zerowe w jednym obrocie. Prąd stały o tak dużym tętnieniu jest nieodpowiedni dla większości odbiorników prądu stałego iw ścisłym tego słowa znaczeniu nie można go nazwać stałym.

Aby zmniejszyć tętnienia, uzwojenie twornika generatora prądu stałego składa się z dużej liczby zwojów (cewek), a kolektor z dużej liczby izolowanych od siebie płyt kolektora.

Rozważmy proces wygładzania fal na przykładzie okrągłego uzwojenia twornika (ryc. 5), składającego się z czterech uzwojeń (1, 2, 3, 4), po dwa zwoje w każdym. Twornik obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara z częstotliwością n i e jest indukowana w drutach uzwojenia twornika znajdujących się na zewnątrz twornika. itp. (kierunek jest oznaczony strzałkami).

Uzwojenie twornika jest obwodem zamkniętym składającym się z szeregowo połączonych zwojów. Ale jeśli chodzi o szczotki, uzwojenie twornika to dwie równoległe gałęzie. na ryc. 5, a jedna gałąź równoległa składa się z cewki 2, druga z cewki 4 (w cewkach 1 i 3 EMF nie jest indukowany i są one połączone na obu końcach do jednej szczotki). na ryc. 5b przedstawiono kotwicę w położeniu, jakie zajmuje po 1/8 obrotu. W tej pozycji jedno równoległe uzwojenie twornika składa się z połączonych szeregowo cewek 1 i 2, a drugie z połączonych szeregowo cewek 3 i 4.

Ryż. 5. Schemat najprostszego generatora prądu stałego ze zworą pierścieniową

Każda cewka, gdy twornik obraca się względem szczotek, ma stałą biegunowość. Zmiana adresu itp. c. uzwojenia w czasie z obrotem twornika pokazano na ryc. 6, A. D.d.C. na pędzlach równa się e. itp. v. każda równoległa gałąź uzwojenia twornika. Figa. 5 pokazuje, że np. c. gałąź równoległa jest równa lub e. itp. c. jedna cewka lub ilość e. itp. c. dwa sąsiednie uzwojenia:

W wyniku tej pulsacji e. itp. c. uzwojenia twornika są znacznie zmniejszone (ryc. 6, b). Zwiększając liczbę zwojów i płyt kolektora, można uzyskać prawie stałe promieniowanie. itp. v. uzwojenia twornika.

Projekt generatora prądu stałego

W procesie postępu technicznego w elektrotechnice zmienia się konstrukcja maszyn prądu stałego, chociaż podstawowe szczegóły pozostają takie same.

Rozważ urządzenie jednego z typów maszyn prądu stałego produkowanych przez przemysł. Jak wspomniano, głównymi częściami maszyny są stojan i twornik. Stojan 6 (rys. 7), wykonany w postaci stalowego walca, służy zarówno do mocowania innych części, jak i do ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz jest nieruchomą częścią obwodu magnetycznego.

Bieguny magnetyczne 4 są przymocowane do stojana, który może być magnesy trwałe (dla maszyn małej mocy) lub elektromagnesów. W tym ostatnim przypadku na biegunach umieszczona jest cewka wzbudzająca 5, zasilana prądem stałym i wytwarzająca nieruchomy strumień magnetyczny względem stojana.

Przy dużej liczbie biegunów ich uzwojenia są połączone równolegle lub szeregowo, ale tak, że bieguny północne i południowe naprzemiennie (patrz ryc. 1). Pomiędzy biegunami głównymi znajdują się dodatkowe bieguny z własnymi uzwojeniami. Osłony końcowe 7 są przymocowane do stojana (rys. 7).

Zwora 3 maszyny prądu stałego jest zmontowana z blachy stalowej (patrz ryc. 2), aby zmniejszyć straty mocy spowodowane prądami wirowymi. Arkusze są izolowane od siebie.Zwora jest ruchomą (obracającą się) częścią obwodu magnetycznego maszyny. Cewka twornika lub cewka robocza 9 jest umieszczona w kanałach twornika.

Ryż. 6. Zmienność czasowa pola elektromagnetycznego od uzwojeń i uzwojenia twornika pierścieniowego

Obecnie produkowane są maszyny z uzwojeniem twornika i bębna. Rozważane wcześniej uzwojenie twornika pierścieniowego ma tę wadę, że np. itp. c. indukuje się tylko w przewodach znajdujących się na zewnętrznej powierzchni twornika. Dlatego tylko połowa przewodów jest aktywna. W uzwojeniu twornika bębna wszystkie przewody są aktywne, to znaczy tworzą ten sam e. podobnie jak w przypadku maszyny ze zworą pierścieniową, wymagana jest prawie połowa materiału przewodzącego.

Przewody uzwojenia twornika, znajdujące się w rowkach, są połączone przednimi częściami zwojów. Każde gniazdo zawiera zwykle kilka przewodów. Przewody jednego gniazda są połączone z przewodami drugiego gniazda, tworząc połączenie szeregowe zwane cewką lub sekcją. Sekcje są połączone szeregowo i tworzą obwód zamknięty. Sekwencja wiązań powinna być taka, że ​​np. itp. v. w drutach zawartych w jednej równoległej gałęzi miał ten sam kierunek.

na ryc. 8 przedstawia najprostsze uzwojenie twornika bębna maszyny dwubiegunowej. Linie ciągłe przedstawiają połączenia odcinków ze sobą po stronie kolektora, a linie przerywane pokazują połączenia końcowe przewodów po przeciwnej stronie. Od punktów łączenia sekcji z płytami kolektora wykonuje się listwy. Kierunek e. itp. p. w przewodach cewki pokazano na rysunku: «+» — kierunek od czytnika, «•» — kierunek do czytnika.

Uzwojenie takiego twornika ma również dwie równoległe gałęzie: pierwszą utworzoną przez druty żłobków 1, 6, 3, 8, drugą - druty żłobków 4, 7, 2, 5. Gdy zwora się obraca , kombinacja szczelin, których druty tworzą równoległą gałąź, zmienia się cały czas, ale zawsze równoległą gałąź tworzą druty czterech kanałów, które zajmują stałą pozycję w przestrzeni.

Ryż. 7. Układ bębnowej maszyny prądu stałego z twornikiem

Ryż. 8. Najprostsze uzwojenie

Maszyny produkowane przez fabryki mają dziesiątki lub setki rowków na obwodzie twornika bębna i liczbę płyt kolektora równą liczbie odcinków uzwojenia twornika.

Kolektor 1 (patrz ryc. 7) składa się z izolowanych od siebie miedzianych płytek, które są połączone z punktami połączeń sekcji uzwojenia twornika i służą do konwersji zmiennej e. itp. v. w drutach uzwojenia twornika w stałej e. itp. c. na szczotkach 2 generatora lub zamiana prądu stałego dostarczanego do szczotek silnika z sieci na prąd przemienny w przewodach uzwojenia twornika silnika. Kolektor obraca się wraz ze zworą.

Gdy zwora się obraca, wzdłuż kolektora przesuwają się stałe szczotki 2. Szczotki są grafitowe i miedziano-grafitowe. Montowane są w uchwytach szczotek, które można obracać pod określonym kątem. Wirnik 8 do wentylacji jest podłączony do kotwicy.

Klasyfikacja i parametry prądnic prądu stałego

Klasyfikacja generatorów prądu stałego opiera się na rodzaju źródła zasilania cewki wzbudzenia. Wyróżnić:

1.generatory samowzbudne, których cewka wzbudzenia jest zasilana ze źródła zewnętrznego (akumulatora lub innego źródła prądu stałego). W generatorach małej mocy (dziesiątki watów) główny strumień magnetyczny może być wytwarzany przez magnesy trwałe,

2. Generatory samowzbudne, których cewka wzbudzenia jest zasilana przez sam generator. Zgodnie ze schematem połączeń uzwojeń twornika i uzwojenia wzbudzenia w stosunku do obwodu zewnętrznego wyróżnia się: równoległe generatory wzbudzenia, w których uzwojenie wzbudzenia jest połączone równolegle z uzwojeniem twornika (generatory bocznikowe), szeregowe generatory wzbudzenia, w których te uzwojenia są połączone szeregowo (generatory szeregowe), generatory o wzbudzeniu mieszanym, w których jedno uzwojenie wzbudzające jest połączone równolegle z uzwojeniem twornika, a drugie szeregowo (generatory kombinowane).

Tryb znamionowy generatora prądu stałego jest określony przez moc znamionową - moc, którą generator przekazuje odbiornikowi, napięcie znamionowe na zaciskach uzwojenia twornika, prąd znamionowy twornika, prąd wzbudzenia, częstotliwość znamionowa obrót twornika. Wartości te są zwykle wskazane w paszporcie generatora.