DC generátory

Princíp činnosti generátora jednosmerného prúdu

Generátor je založený na použití zákon elektromagnetickej indukcie, podľa ktorého vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli a križujúcom magnetický tok, je vyvolaná ef.

Jednou z hlavných častí jednosmerného stroja je magnetický obvod, cez ktorý je magnetický tok uzavretý. Magnetický obvod jednosmerného stroja (obr. 1) pozostáva zo stacionárnej časti — statora 1 a rotačnej časti — rotora 4. Stator je oceľové puzdro, ku ktorému sú pripevnené ďalšie časti stroja vrátane magnetických pólov 2. Na magnetických pólov 3 je umiestnená budiaca cievka napájaná jednosmerným prúdom a vytvárajúca hlavný magnetický tok Ф0.

Ryža. 1. Magnetický obvod štvorpólového jednosmerného stroja

Ryža. 2. Plechy, z ktorých je zostavený magnetický obvod rotora: a — s otvorenými kanálmi, b — s polouzavretými kanálmi

Rotor stroja je zostavený z lisovaných oceľových plechov s obvodovými drážkami a otvormi pre hriadeľ a vetranie (obr. 2). V kanáloch (5 na obr. 1) rotora je uložené pracovné vinutie jednosmerného stroja, to znamená vinutie, v ktorom je em indukované hlavným magnetickým tokom. atď. sToto vinutie sa nazýva vinutie kotvy (preto sa rotor stroja na jednosmerný prúd zvyčajne nazýva kotva).

Význam e. atď. c) Generátor jednosmerného prúdu je možné spínať, ale jeho polarita zostáva konštantná. Princíp činnosti generátora jednosmerného prúdu je znázornený na obr. 3.

Póly permanentného magnetu vytvárajú magnetický tok. Predstavte si, že vinutie kotvy pozostáva z jedného závitu, ktorého konce sú pripevnené k rôznym polovičným krúžkom, ktoré sú navzájom izolované. Tieto polkruhy tvoriť zberateľa, ktorý sa otáča otáčaním vinutia kotvy. Súčasne sa stacionárne kefy posúvajú pozdĺž kolektora.

Keď sa cievka otáča v magnetickom poli, indukuje sa v nej emf

kde B je magnetická indukcia, l je dĺžka drôtu, v je jeho lineárna rýchlosť.

Keď sa rovina cievky zhoduje s rovinou stredovej čiary pólov (cievka je umiestnená vertikálne), drôty pretínajú maximálny magnetický tok a indukuje sa v nich maximálna hodnota e. atď. c) Keď je obrys vodorovný, napr. atď. v drôtoch je nula.

Smer e. atď. p vo vodiči je určené pravidlom pravej ruky (na obr. 3 je znázornené šípkami). Keď počas otáčania cievky vodič prechádza pod druhým pólom, smer e. atď. v. je obrátený. Ale keďže sa kolektor otáča s cievkou a kefy sú nehybné, potom je k hornej kefke vždy pripojený drôt umiestnený pod severným pólom, napr. atď. v. ktorý smeruje preč od kefy. V dôsledku toho zostáva polarita kefiek nezmenená, a preto zostáva nezmenená v smere e. atď. na štetcoch — napr.SCH (obr. 4).

Ryža. 3. Najjednoduchší generátor jednosmerného prúdu

Ryža. 4. Zmena času elektromotorickej sily.najjednoduchší DC generátor

Hoci napr. c) Najjednoduchší generátor jednosmerného prúdu má konštantný smer, jeho hodnota sa mení, pričom sa otáča dvakrát maximálne a dvakrát nulové hodnoty za jednu otáčku. Jednosmerný prúd s takým veľkým zvlnením je nevhodný pre väčšinu jednosmerných prijímačov a v užšom zmysle slova ho nemožno nazvať konštantným.

Na zníženie zvlnenia je vinutie kotvy generátora jednosmerného prúdu vyrobené z veľkého počtu závitov (cievok) a kolektor je vyrobený z veľkého počtu navzájom izolovaných kolektorových dosiek.

Uvažujme o procese vyhladzovania vĺn na príklade vinutia kruhovej kotvy (obr. 5), pozostávajúceho zo štyroch vinutí (1, 2, 3, 4), v každom z nich sú dva závity. Kotva sa otáča v smere hodinových ručičiek s frekvenciou n a e je indukovaná vo vodičoch vinutia kotvy umiestnených na vonkajšej strane kotvy. atď. (smer je označený šípkami).

Vinutie kotvy je uzavretý obvod pozostávajúci zo sériovo zapojených závitov. Ale pokiaľ ide o kefy, vinutie kotvy sú dve paralelné vetvy. Na obr. 5, a jednu paralelnú vetvu tvorí cievka 2, druhú tvorí cievka 4 (v cievkach 1 a 3 sa EMF neindukuje a sú na oboch koncoch spojené s jednou kefou). Na obr. 5b je kotva znázornená v polohe, ktorú zaujíma po 1/8 otáčky. V tejto polohe jedno paralelné vinutie kotvy pozostáva zo sériovo zapojených cievok 1 a 2 a druhé zo sériovo zapojených cievok 3 a 4.

Ryža. 5. Schéma najjednoduchšieho jednosmerného generátora s prstencovou kotvou

Každá cievka, keď sa kotva otáča vzhľadom na kefy, má konštantnú polaritu. Zmena adresy a pod. c) vinutia v čase s otáčaním kotvy je znázornené na obr. 6, a. D. d.C. na štetcoch sa rovná e. atď. v. každá paralelná vetva vinutia kotvy. Obr. 5 ukazuje, že napr. c) paralelná vetva sa rovná alebo e. atď. c) jedna cievka alebo množstvo e. atď. c) dve susedné vinutia:

V dôsledku tejto pulzácie napr. atď. c) vinutia kotvy sú výrazne znížené (obr. 6, b). Zvýšením počtu závitov a kolektorových dosiek je možné dosiahnuť takmer konštantné žiarenie. atď. v. vinutia kotvy.

Dizajn DC generátora

V procese technického pokroku v elektrotechnike sa dizajn jednosmerných strojov mení, aj keď základné detaily zostávajú rovnaké.

Zvážte zariadenie jedného z typov jednosmerných strojov vyrábaných priemyslom. Ako už bolo uvedené, hlavnými časťami stroja sú stator a kotva. Stator 6 (obr. 7), vyhotovený vo forme oceľového valca, slúži ako na upevnenie ostatných dielov, tak aj na ochranu pred mechanickým poškodením a je pevnou súčasťou magnetického obvodu.

Magnetické póly 4 sú pripevnené k statoru, ktorý môže byť permanentné magnety (pre stroje s nízkym výkonom) alebo elektromagnety. V druhom prípade je na póloch umiestnená budiaca cievka 5, ktorá je napájaná jednosmerným prúdom a vytvára stacionárny magnetický tok vzhľadom na stator.

Pri veľkom počte pólov sú ich vinutia zapojené paralelne alebo sériovo, ale tak, aby sa severný a južný pól striedali (pozri obr. 1). Ďalšie póly s vlastným vinutím sú umiestnené medzi hlavnými pólmi. Na stator sú pripevnené koncové štíty 7 (obr. 7).

Kotva 3 jednosmerného stroja je zostavená z oceľového plechu (pozri obr. 2), aby sa znížili straty výkonu vírivými prúdmi. Plechy sú od seba izolované.Kotva je pohyblivá (otočná) časť magnetického obvodu stroja. Cievka kotvy alebo pracovná cievka 9 je umiestnená v kanáloch kotvy.

Ryža. 6. Časová odchýlka EMF od vinutia a vinutia prstencovej kotvy

Stroje sa v súčasnosti vyrábajú s kotvou a bubnovým typom vinutia. Predtým uvažované vinutie prstencovej kotvy má nevýhodu, že napr. atď. c) sa indukuje len vo vodičoch umiestnených na vonkajšom povrchu kotvy. Preto je aktívna iba polovica drôtov. Vo vinutí kotvy bubna sú všetky drôty aktívne, to znamená, že vytvárajú rovnaké e. ako pri stroji s prstencovou kotvou je potrebná takmer polovica vodivého materiálu.

Vodiče vinutia kotvy, umiestnené v drážkach, sú vzájomne prepojené prednými časťami závitov. Každý slot zvyčajne obsahuje niekoľko drôtov. Vodiče jednej štrbiny sú spojené s vodičmi druhej štrbiny a vytvárajú sériové spojenie nazývané cievka alebo sekcia.Sekcie sú zapojené do série a tvoria uzavretý okruh. Sekvencia viazania by mala byť taká, aby napr. atď. v drôtoch zahrnutých v jednej paralelnej vetve mal rovnaký smer.

Na obr. 8 je znázornené najjednoduchšie vinutie bubnovej kotvy dvojpólového stroja. Plné čiary znázorňujú vzájomné spojenie sekcií na strane kolektora a prerušované čiary znázorňujú koncové spojenia vodičov na opačnej strane. Pásy sa vyrábajú z miest pripojenia sekcií ku kolektorovým doskám. Smer e. atď. p vo vodičoch cievky je znázornené na obrázku: «+» — smer od čítačky, «•» — smer k čítačke.

Vinutie takejto kotvy má tiež dve paralelné vetvy: prvú tvoria drôty štrbín 1, 6, 3, 8, druhú — drôty štrbín 4, 7, 2, 5. Keď sa kotva otáča Kombinácia štrbín, ktorých drôty tvoria paralelnú vetvu, sa neustále mení, ale vždy je paralelná vetva tvorená drôtmi štyroch kanálov, ktoré zaujímajú konštantnú polohu v priestore.

Ryža. 7. Usporiadanie bubnového jednosmerného stroja s kotvou

Ryža. 8. Najjednoduchšie vinutie

Stroje vyrábané továrňami majú po obvode kotvy bubna desiatky alebo stovky drážok a počet kolektorových dosiek sa rovná počtu sekcií vinutia kotvy.

Kolektor 1 (pozri obr. 7) pozostáva z medených dosiek, navzájom izolovaných, ktoré sú spojené s pripojovacími bodmi sekcií vinutia kotvy a slúžia na prevod premennej e. atď. v drôtoch vinutia kotvy v konštantnom e. atď. c) na kefách 2 generátora alebo konverziu jednosmerného prúdu privádzaného do kefiek motora zo siete na striedavý prúd vo vodičoch vinutia kotvy motora. Kolektor sa otáča s kotvou.

Pri otáčaní kotvy sa po kolektore posúvajú pevné kefy 2. Kefy sú grafitové a medenografitové. Sú namontované v držiakoch kefiek, ktoré sa dajú otáčať pod určitým uhlom. Ku kotve je pripojené obežné koleso 8 na vetranie.

Klasifikácia a parametre DC generátorov

Klasifikácia jednosmerných generátorov je založená na type zdroja energie budiacej cievky. Rozlíšiť:

1.generátory s vlastným budením, ktorých budiaca cievka je napájaná externým zdrojom (batériou alebo iným zdrojom jednosmerného prúdu). V generátoroch s nízkym výkonom (desiatky wattov) môže byť hlavný magnetický tok vytvorený permanentnými magnetmi,

2. Generátory s vlastným budením, ktorých budiaca cievka je napájaná samotným generátorom. Podľa schémy zapojenia kotvových a budiacich vinutí vo vzťahu k vonkajšiemu obvodu existujú: paralelné budiace generátory, v ktorých je budiace vinutie zapojené paralelne s vinutím kotvy (bočné generátory), sériové budiace generátory, v ktorých tieto vinutia sú zapojené sériovo (sériové generátory), generátory so zmiešaným budením, v ktorých je jedno budiace vinutie zapojené paralelne s vinutím kotvy a druhé sériovo (kombinované generátory).

Menovitý režim generátora jednosmerného prúdu je určený menovitým výkonom - výkonom, ktorý generátor dáva prijímaču, menovitým napätím na svorkách vinutia kotvy, menovitým prúdom kotvy, budiacim prúdom, menovitou frekvenciou rotácia kotvy. Tieto hodnoty sú zvyčajne uvedené v pase generátora.