Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, токи в обмотках генератора создают собственное магнитное поле. Между полями статора и ротора существует магнитное сопротивление. Результирующее поле сильнее в точке столкновения якоря с полюсами магнита и слабее в точке, где он отходит от полюсов магнита. Другими словами, якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от степени насыщения катушек. В результате этой реакции щетки на пластинах коллектора искрят.
Генератор постоянного тока: конструкция, принцип работы, классификация
На заре электрификации генератор постоянного тока все еще был единственным источником электроэнергии. Вскоре эти генераторы были заменены более современными и надежными трехфазными генераторами. В некоторых отраслях промышленности все еще существовала потребность в постоянном токе, поэтому оборудование для его выработки совершенствовалось и развивалось.
Даже сегодня, с изобретением мощных выпрямителей, генераторы постоянного тока не утратили своего значения. Например, они используются для питания линий городского электротранспорта, используемых трамваями и троллейбусами. Они по-прежнему используются в телекоммуникационной технике в качестве источника постоянного тока в низковольтных цепях.
Конструкция и принцип действия
Генератор основан на принципе, вытекающем из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении магнитный поток будет меняться на противоположный (см. рис. 1). Согласно закону электромагнитной индукции, в точке пересечения индуцируется электродвижущая сила. Электродвижущая сила увеличивается по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два желтых полукольца на схеме) подключить нагрузку R, то через образовавшуюся цепь потечет ток.
По мере того как катушки рамки покидают зону магнитного потока, электромагнитное поле ослабевает и достигает нуля, когда рамка находится в горизонтальном положении. При дальнейшем вращении контура его противоположные стороны меняют магнитную полярность: та часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.
Значения электромагнитного поля в каждой активной обмотке контура задаются формулой: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw tгде B – магнитная индукция l – длина стороны рамки, v – линейная скорость контура, t – время, w t это угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.
Когда полюса меняются местами, направление тока меняется. Но поскольку коллектор вращается синхронно с рамой, ток на нагрузке всегда имеет одно и то же направление. Это означает, что рассматриваемая модель генерирует постоянную электрическую энергию. Результирующее электромагнитное поле имеет вид: e = 2Blvsinw t, что означает, что оно подчиняется закону синусоидальной волны.
Строго говоря, такая конструкция обеспечивает только поляризацию неподвижных щеток, но не устраняет пульсации электромагнитного поля. Поэтому график генерируемого тока выглядит так, как показано на рисунке 2.
Принцип работы генераторов постоянного тока
Электродвигатель имеет неподвижный статор и вращающийся ротор или якорь. Вокруг якоря расположены два полюса, северный и южный (N и S), которые являются постоянными магнитами, и между ними происходит вращение. На конце ротора находятся два медных полукольца, изолированных друг от друга, к которым подключаются концы обмотки – это называется коллектором. К этим полукольцам прикреплены графитовые щетки, через которые перемычка подключается к внешней электрической цепи.
При вращении ротора в статоре постоянно изменяется магнитный поток, который называется ЭДС или электродвижущей силой, зависящей от длины магнитного потока и частоты вращения. Поскольку магнитные полюса постоянно меняются, на выходе получается переменный ток. Генератор постоянного тока выравнивает поток следующим образом: при изменении тока в статоре одновременно меняются местами коллекторные пластины под щетками, причем их полярность не меняется (остается прежней), поэтому ток во внешней электрической цепи будет постоянным. Таков принцип работы генератора постоянного тока, хотя в современных мощных устройствах он выглядит гораздо сложнее – есть дополнительные устройства (катушки) для выравнивания потока, но, тем не менее, принцип всегда остается одним и тем же.
Читайте также:
Как обеспечить автоматический запуск генератора в случае отключения электроэнергии?
На верхней иллюстрации показана схема независимого генератора постоянного тока, который может работать с последовательным или параллельным возбуждением. В качестве альтернативы генераторы могут быть самовозбуждающимися, работать от постоянных магнитов или от внешнего источника, такого как ветряная турбина или аккумулятор (электромагниты). Именно эти особенности генератора постоянного тока определяют его выбор при покупке и, конечно, стоимость конкретной модели.
Видео описание
Как работает генератор переменного тока.
Где используются генераторы постоянного тока?
В 19 веке, который также является началом периода электрификации, генераторы постоянного тока были единственным промышленным источником электроэнергии. Существовали и химические альтернативы, но они были очень дорогими и остаются дорогими и сегодня – достаточно взглянуть на цену обычных батарей. Однако в то время не было переменного тока, и только после того, как Николо Тесла и другие ученые начали внедрять трансформаторы, асинхронные двигатели и трехфазное питание, постоянный ток был постепенно вытеснен.
В двадцатом веке и сегодня генераторы постоянного тока востребованы на транспорте – в промышленности и сфере обслуживания:
- городской транспорт – трамваи и троллейбусы;
- железнодорожный транспорт – локомотивы различных моделей;
- автомобильный транспорт – в настоящее время генераторы старого типа заменены трехфазными генераторами со встроенными преобразователями.
Помимо основных объектов, потребляющих постоянный ток, существуют также электрические устройства, использующие это напряжение. Например, небольшие сварочные аппараты, имеющие автономную систему питания, а также различные насосы и помпы с мощными пусковыми двигателями. При выборе (покупке) такого оборудования важно выяснить, с какими конкретно целями будет справляться тот или иной агрегат, и только после этого можно рассматривать характеристики генератора постоянного тока, необходимого для этого оборудования.
Как устроен агрегат
Как и любая электрическая машина, генератор постоянного тока состоит из якоря и статора.
Якорь состоит из стальных пластин с углублениями, в которых размещены обмотки. Их концы соединены с коллектором, состоящим из медных пластин, разделенных диэлектриком. В собранном виде коллектор, якорь с обмотками и вал электрической машины составляют единое целое.
Статор генератора переменного тока также представляет собой корпус, внутри которого установлены несколько пар постоянных или электрических магнитов. Обычно используются электрические магниты, сердечники которых могут быть отлиты вместе с корпусом (в случае маломощных машин) или собраны из металлических пластин.
[attention type=yellow]На корпусе также имеется место для крепления скользящих щеток. [attention type=yellow]В зависимости от количества полюсов магнитов в статоре меняется и количество графитовых элементов. Сколько пар полюсов, столько и щеток.
Типы электрических соединений магнитов статора
Генераторы постоянного тока различаются по типу электрического соединения магнитов статора. Они могут быть
- с независимым возбуждением;
- параллельными;
- последовательным.
Z независимое возбуждение Электрические магниты статора подключены к независимому источнику постоянного тока. Обычно это делается с помощью реостата. Преимуществом является то, что генерируемая электрическая мощность может регулироваться в широком диапазоне. Недостатком является необходимость в дополнительном источнике питания.
Два других метода являются особыми случаями самовозбуждения генератора, которое возможно при небольшом остаточном магнетизме в статоре. С Параллельная работа В случае параллельной работы генератора постоянного тока на электромагниты статора подается часть генерируемого напряжения. Это наиболее распространенная схема.
[blockquote_gray]Для выбора оптимальной температуры насадки вполне можно сделать регулятор мощности для паяльника своими руками. Для этого существует несколько монтажных схем, которые имеют свои преимущества и недостатки.
В этой статье будут представлены принципы работы симисторов. Как собрать регулятор мощности с использованием таких полупроводников, можно узнать здесь[/blockquote_gray].
На сайте последовательное возбуждение Цепь электромагнитов соединена последовательно с цепью нагрузки якоря. Величина тока, протекающего через электромагниты, в значительной степени зависит от нагрузки генератора. Поэтому эта цепь используется только для подключения тяговых двигателей постоянного тока, которые при торможении переключаются в режим генератора.
Генераторы постоянного тока
Принцип работы генератора постоянного тока
Генератор основан на принципе электромагнитной индукции, который гласит, что электрическая энергия индуцируется в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитный поток.
Одной из основных частей машины постоянного тока является магнитная цепь, в которой индуцируется магнитный поток. Магнитная цепь машины постоянного тока (рис. 1) состоит из неподвижной части, статора 1, и вращающейся части, ротора 4. Статор представляет собой стальной корпус, к которому крепятся другие части машины, включая магнитные полюса 2. Обмотка возбуждения 3 установлена на магнитных полюсах, питается постоянным током и создает основной магнитный поток Ф0.
Рис. 1. Магнитная схема машины постоянного тока с четырьмя полюсами
Рис. 2. Листы, используемые для сборки магнитной цепи ротора: а – с открытыми пазами, б – с полузакрытыми пазами
Ротор машины собирается из штампованных стальных листов с пазами по периметру и с отверстиями для вала и вентиляции (рис. 2). В пазы ротора (5 на рис. 1) укладывается главная обмотка машины постоянного тока – обмотка, в которой индуцируется основной магнитный поток, выражающийся в электрической мощности.
Выходной ток генератора постоянного тока может меняться, но его полярность остается постоянной. Принцип работы генератора постоянного тока показан на рисунке 3.
Полюса постоянного магнита создают магнитный поток. Представьте, что обмотка якоря состоит из одной катушки, концы которой соединены с разными полукольцами, изолированными друг от друга. Эти полукольца образуют коллектор, который вращается вместе с обмоткой якоря. Неподвижные щетки при этом перемещаются вдоль коллектора.
Статьи и диаграммы
28 ноября 2012 г.
Трудно представить нашу жизнь без электричества. Ведь оно питает практически все бытовые приборы, без которых современный человек просто перестал бы существовать. Каждый день нам необходимо электричество, как постоянного, так и переменного тока. Мы получаем его из различных источников. Одним из них является генератор постоянного тока.
Эта статья будет интересна каждому. Приятно осознавать, что вы узнали что-то новое об этом сложном мире. Она будет интересна как любителям, так и профессиональным электрикам. Однако он может быть интересен и тем, кто только начинает изучать основы этой сложной науки.
Генератор постоянного тока нашел широкое применение как в промышленности, так и в быту. Поэтому эти устройства очень универсальны: большие и компактные, тихие и эффективные, с дизельными и бензиновыми двигателями. Генератор постоянного тока можно использовать как в быту, так и в промышленности. В обоих случаях он может использоваться для восстановления электроэнергии при необходимости, а также для ее получения на определенном расстоянии от сети.
В промышленности это устройство чаще всего используется на различных судах и других видах транспорта. Генератор постоянного тока также используется в медицинской промышленности для обеспечения непрерывного питания. А в бытовых масштабах их используют в приусадебных хозяйствах или небольших киосках. Также очень часто в домашних условиях используется сварочный генератор постоянного тока. Он необходим для соединения различных типов металла.
Как работает генератор постоянного тока?
Устройство состоит из неподвижной и вращающейся частей. Первая часть является индуктивной, что означает, что она генерирует магнитное поле. Вторая – индукционная часть, также известная как якорь. Стационарная часть устройства состоит из главного и вспомогательного полюсов и опорной плиты. Они крепятся с помощью винта.
Главный полюс представлен магнитом, который генерирует волновой поток. Он включает в себя сердечник, обмотку возбуждения и держатель. Первая часть всегда отливается из стали. Катушки полюсов соединяются последовательно. Это создает обмотку возбуждения. Когда через нее протекает ток, создается магнитный поток.