Часть генератора постоянного тока обеспечивающая выпрямление переменного тока это

Тест по теме «Электрические машины постоянного тока»

ТЕСТ «УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА» 1 ВАРИАНТ

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ

В генераторе постоянного тока происходит преобразование…

а) тепловой энергии в электрическую энергию;

б) электрической энергии в тепловую энергию;

в) механической энергии в электрическую энергию;

г) электрической энергии в механическую энергию;

д) электрической энергии в химическую энергию.

ЭДС е и ток i совпадают по направлению в …

а) двигателе постоянного тока;

б) генераторе постоянного тока;

Якорем машины постоянного тока называется…

а) неподвижная часть машины постоянного тока;

б) вращающаяся часть машины постоянного тока;

Часть генератора постоянного тока, обеспечивающая выпрямление переменного тока это …

г) обмотка возбуждения;

д) выводные концы.

Генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока и наоборот

б) можно с переделками;

В тяговых электрических машинах постоянного тока применяют исключительно …

а) угольно — графитные щётки;

б) графитные щётки;

в) металлографитные щётки;

г) электрографитированные щётки.

Сердечники главных полюсов набирают из отдельных листов,

электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем изоляции, для того, чтобы

а) уменьшить потери электрической энергии;

б) уменьшить потери на вихревые токи;

в) повысить потери на индукционные токи;

г) преобразовать электрическую энергию в механическую

Часть сердечника главного полюса, обращенная к поверхности якоря выполняется более широкой и называется …

а) добавочным полюсом;

б) обмоткой возбуждения;

в) полюсным наконечником;

Обмотка якоря машины постоянного тока выполняется из…

а) из изолированной медной проволоки или медной шины;

б) из неизолированной стальной проволоки;

в) из изолированной алюминиевой проволоки или стальной шины.

г) из коллекторных пластин.

Компенсационную обмотку, улучшающую условия работы коллектора и щёток располагают …

а) в щёткодержателях;

б) в добавочных полюсах;

в) в полюсных наконечниках главных полюсов;

г) на якоре машины постоянного тока;

д) на коллекторе машины постоянного тока.

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

Курс повышения квалификации

Охрана труда

Онлайн-конференция для учителей, репетиторов и родителей

Формирование математических способностей у детей с разными образовательными потребностями с помощью ментальной арифметики и других современных методик

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Все материалы
Статьи
Научные работы
Видеоуроки
Презентации
Конспекты
Тесты
Рабочие программы
Другие методич. материалы

Аюшеева Татьяна ВасильевнаНаписать 12921 15.12.2015

Номер материала: ДВ-260490

Другое
Тесты

15.12.2015 32164

15.12.2015 626

15.12.2015 464

15.12.2015 2855

15.12.2015 807

15.12.2015 692

15.12.2015 1218

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Екатерина Костылева из Тюменской области стала учителем года России – 2021

Время чтения: 1 минута

Российские студенты стали чемпионами мира по программированию

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения дополнит цифровым модулем каждую профессию в СПО

Время чтения: 2 минуты

На «Госуслугах» пройдет эксперимент по размещению документов об образовании

Время чтения: 2 минуты

В России выбрали лучшего педагога-психолога

Время чтения: 1 минута

В пяти регионах России протестируют новую систему оплаты труда педагогов

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Онлайн помощник домашнего мастера

Генератор постоянного тока – обзор конструкций, а также их характеристика. Инструкция как сделать своими руками в домашних условиях

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.

Принцип действия и устройство генераторов постоянного тока

Генератор постоянного тока – это электротехническое оборудование, которое продуцирует напряжение постоянной величины. Устройство имеет довольно сложное техническое строение, которое можно назвать совершенством технической мысли.

Принцип действия
Характеристики и строение
Электродвижущая сила
Мощность оборудования и КПД
Разновидности по способу возбуждения
Область применения

Принцип действия

Генератор постоянного тока

Каждый проводник оснащен магнитом, к концам которого подключена нагрузка. При ее подключении по ним непрерывно протекает переменный ток. Природа его происхождения объясняется тем, что во время работы полюса магнита непрерывно меняются местами. На этом принципе основывается работа генератора переменного тока.

Чтобы ток не изменял своего направления, требуется успевать соединять точки коммутации нагрузки со скоростью аналогичной скорости вращения магнита. Справиться с поставленной задачей может только контроллер – небольшое электротехническое устройство, которое состоит из нескольких токопроводящих секторов, разделенных диэлектрическими пластинами. Оно фиксируется на якоре устройства и вращается с ним синхронно.

Электрическая энергия с якоря удаляется с помощью щеток. Используются чаще всего кусочки графита, обладающие высокой электропроводностью и низким коэффициентом трения.

Все эти процессы способствуют образованию на выходе электротехнической установки пульсирующего напряжения одной величины. Для сглаживания этой пульсации применяется несколько якорных обмоток. Чем их больше установлено, тем меньше будут броски напряжения на выходе.

Характеристики и строение

Как и абсолютное большинство других электрических агрегатов, генератор постоянного тока в свой состав включает статор и якорь.

Якорь изготавливают из стальных пластин с небольшими углублениями, в них помещаются обмотки. Их концы обязательно коммутируют с коллектором, который изготовлен из медных пластин, разделенных диэлектриками. По окончании сборки вал, якорь с обмотками и коллектор становятся одним целым.

Статор выполняет не только свою непосредственную функцию, но и является корпусом, к внутренней поверхности которого крепятся электрические магниты и постоянные. Предпочтительнее первый вариант, их сердечники могут быть набраны из металлических пластин или отлиты вместе с корпусом. Еще на корпусе предусмотрены специальные отверстия для крепления токосъемных щеток.

Количество графитов будет изменяться в зависимости от количества полюсов магнитов, которыми оснащен статор. Количество щеток равно количеству пар полюсов.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила генератора постоянного тока или ЭДС представляет собой величину, которая прямо пропорциональна потоку магнитов, количеству активных проводников и частоте вращения якоря. При уменьшении или увеличении этих показателей удается управлять величиной электродвижущей силы и напряжением. Установить требуемые параметры можно с помощью регулировки частоты вращения якоря.

Мощность оборудования и КПД

Мощность генератора постоянного тока встречается как полная, так и полезная. При постоянной электродвижущей силе генератора полная мощность пропорциональна силе тока.

Еще одной важной технической характеристикой альтернатора является его коэффициент полезного действия. Это понятие представляет собой отношение полезной мощности к полной.

На холостом ходе КПД равно нулю, максимальные показатели достигаются при номинальных нагрузках. В мощных инновационных моделях генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия приближается к 90%.

Разновидности по способу возбуждения

По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на два вида:

с самовозбуждением;
с независимым возбуждением обмоток.

Для самовозбуждения оборудования обязательно требуется электричество, которое им же и вырабатывается. По принципу коммутации обмоток самовозбуждающиеся якоря альтернаторов делятся на следующие разновидности:

оборудование с параллельным возбуждением;
устройства с последовательным возбуждением;
генераторы смешанного типа, которые получили название – компудные.

Каждая разновидность имеет свои конструктивные особенности, преимущества и недостатки.

Для обеспечения оптимальных условий для работы оборудования требуется наличие стабильного напряжения на зажимах. Особенность устройства заключается в параллельном возбуждении выводов катушки, которые подсоединены через регулировочный реостат, расположенный параллельно обмотке якоря.

Для оборудования с независимым возбуждением источником питания выступают внешние устройства или аккумуляторные батареи. В маломощных модификациях устанавливаются постоянные магниты, обеспечивающие создание основного магнитного потока. Основное достоинство заключается в том, что на напряжение на зажимах не влияет возбуждающий ток.

Устройства со смешанным возбуждением сочетают положительные качества вышеописанных разновидностей. Конструктивные особенности – две катушки индуктивности, основная и вспомогательная. Цепь параллельной обмотки включает в себя реостат, который используется для регуляции силы тока возбуждения.

Область применения

Система постоянного тока в самолете

Генераторы постоянного тока имеют довольно обширный список применения. Его активно используют практически во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении и при сооружении российских локомотивов нового поколения, которые оснащают асинхронные двигатели, характеризующиеся работой на переменном токе.

Также электротехническое оборудование может использовать в быту для портативных сварочных аппаратов с автономной системой питания и для бытовой техники, оснащенной мощными пусковыми двигателями.

Перед покупкой следует проанализировать, с какими целями электротехническое оборудование должно будет справляться. Исходя из этого подбирается наиболее подходящая модификация генераторов постоянного тока.

Приобрести оборудование можно в специализированных магазинах или на интернет-площадках. При покупке важно проверить наличие всей необходимой сопроводительной документации и гарантийного талона. Предварительно также осматривается целостность корпуса и наличие повреждений: если таковые имеются, лучше воздержаться от покупки. При покупке через интернет стоит внимательно ознакомиться с отзывами о магазине на различных форумах.

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался единственным альтернативным источником электроэнергии. Довольно скоро на смену этим генераторам пришли более совершенные и надежные трехфазные генераторы. В некоторых отраслях промышленности постоянный ток продолжал оставаться популярным, и устройства для его поколения совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда были изобретены мощные выпрямительные устройства, значение генераторов постоянного тока не потеряло своей актуальности. Они используются, например, для питания линий электропередач в городском электротранспорте, трамваях и троллейбусах. Такие генераторы до сих пор используются в телекоммуникационных технологиях в качестве источников постоянного тока в цепях низкого напряжения.

Устройство и принцип работы

Генератор основан на принципе электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при его вращении магнитный поток изменится на противоположный (см. Рис. 1). По закону электромагнитной индукции ЭДС индуцируется в момент пересечения. Электродвижущая сила увеличивается по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору подключить нагрузку R (два желтых полукольца на рисунке), то по созданной цепи будет протекать ток.

По мере того, как повороты рамки покидают зону магнитного потока, ЭДС ослабевает и достигает нуля, когда рамка горизонтальна. По мере того как контур продолжает вращаться, противоположные стороны контура меняют свою магнитную полярность: часть кадра, которая была ниже Северного полюса, занимает положение над Южным полюсом.

Значения ЭДС в каждой активной обмотке цепи задаются формулой: e1 = Blvsinwt; e2 = -Blvsinwt; , где B — магнитная индукция, l — длина стороны рамки, v — линейная скорость вращения контура, t — время, t — угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

Когда полюса меняются местами, направление тока меняется. Однако из-за того, что коллектор вращается синхронно с рамой, ток нагрузки всегда направлен в одном направлении. Это означает, что обсуждаемая модель производит электричество непрерывно. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinwt, что означает, что ее изменение подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, такая конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет ЭДС пульсации. Поэтому график генерируемого тока такой, как показано на рис.2.

Такой ток, за исключением редких случаев, непригоден. Нам нужно сгладить неровности до приемлемого уровня. Это достигается за счет увеличения количества полюсов постоянных магнитов, а вместо простого каркаса используется более сложная конструкция — арматура, с большим количеством обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. Рис. 3). Причем обмотки подключаются по-разному, о чем будет сказано ниже.

Фурнитура изготовлена из листовой стали. В сердечниках якоря имеются прорези, в которые помещается несколько витков провода, образующих рабочую обмотку ротора. Провода в пазах соединены последовательно с образованием катушек (секций), которые, в свою очередь, образуют замкнутую цепь через пластины коллектора.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, вращаются ли обмотки цепи или сам магнит. Поэтому на практике якоря маломощных генераторов изготавливаются из постоянных магнитов, а возникающий переменный ток выпрямляется диодными мостами и другими цепями.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, вращаются ли обмотки цепи или сам магнит. Поэтому на практике якоря маломощных генераторов изготавливаются из постоянных магнитов, а возникающий переменный ток выпрямляется диодными мостами и другими цепями.

И наконец: если на коллектор подается постоянное напряжение, генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронного двигателя.

Структура двигателя (он же генератор) очевидна на рисунке 4. Неподвижный статор состоит из двух полюсных сердечников.изготовлены из ферромагнитных пластин и последовательно соединенных обмоток возбуждения. Кисти выровнены друг с другом. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Классификация

Есть два типа генераторов постоянного тока:

независимое возбуждение обмоток;
самопробуждение.

Электроэнергия, вырабатываемая самим устройством, используется для самовозбуждения генераторов. По принципу соединения обмоток якоря генераторы с самовозбуждением делятся на следующие типы:

Устройства с параллельным возбуждением;
генераторы переменного тока с последовательным возбуждением;
устройства смешанного типа (комбинированные генераторы).

С параллельным возбуждением

Рассмотрим подробнее особенности каждого типа соединения обмоток якоря.

Для обеспечения нормальной работы электроприборов необходимо стабильное напряжение на выводах генератора, независимо от изменения общей нагрузки. Эта проблема решается регулировкой параметров возбуждения. В генераторах переменного тока с параллельным возбуждением выводы катушки подключаются через регулирующий реостат параллельно обмотке якоря.

Полевые реостаты могут блокировать намотку поля на себя. В противном случае при разрыве цепи возбуждения резко возрастет самоиндукция ЭДС в обмотке, что может привести к разрыву изоляции. В состоянии короткого замыкания энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая повреждение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не требуют внешнего источника питания. Из-за остаточного магнетизма, всегда присутствующего в сердечнике электромагнита, параллельные обмотки самовозбуждаются. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов изготовлены из литой стали.

С независимым возбуждением

Процесс возбуждения продолжается до тех пор, пока ток не достигнет предельного значения и ЭДС не достигнет номинального значения при оптимальной скорости вращения якоря.

Преимущество: генераторы, возбуждаемые параллельно, не подвергаются токам короткого замыкания.

Батареи или другие внешние устройства часто используются в качестве источника питания для обмоток возбуждения. В машинах малой мощности используются постоянные магниты, обеспечивающие наличие основного магнитного потока.

С последовательным возбуждением

У мощных генераторов переменного тока есть возбудитель на валу, который производит постоянный ток, возбуждающий обмотки основного корпуса. Возбуждения достаточно для 1–3% номинального тока якоря и не зависит от тока якоря. Изменчивость ЭДС управляется регулируемым реостатом.

Преимущество независимого возбуждения заключается в том, что ток возбуждения не зависит от напряжения на клеммах. Это обеспечивает хорошие внешние характеристики генератора.

Со смешанным возбуждением

Последовательные обмотки производят ток, равный току генератора. Поскольку на холостом ходу нагрузка равна нулю, возникает нулевое возбуждение. Это означает, что характеристика холостого хода не может быть удалена, т.е. отсутствует характеристика регулирования.

В генераторах переменного тока с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, когда ротор работает на холостом ходу. Чтобы инициировать процесс возбуждения, к клеммам генератора необходимо подключить внешнюю нагрузку. Эта четкая зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Эти устройства можно использовать только для питания электрических устройств с постоянной нагрузкой.

Конструкции генераторов смешанного возбуждения сочетают в себе полезные свойства. Их характеристики: эти устройства имеют две катушки — основную, включенную параллельно обмотке якоря, и вспомогательную, включенную последовательно. В цепь параллельной обмотки включен реостат для регулирования тока возбуждения.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Процесс самовозбуждения генератора переменного тока со смешанным возбуждением аналогичен процессу самовозбуждения генератора переменного тока с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка не участвует в самовозбуждении). Характеристики холостого хода такие же, как у генератора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжение на клеммах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсации напряжения наноминальная нагрузка. Это главное преимущество генератора этого типа перед другими типами генераторов. Недостаток — сложность конструкции, что приводит к удорожанию этих устройств. Такие генераторы также отказоустойчивы.
Работа генератора характеризуется соотношением основных величин, которые называются его характеристиками. Основные характеристики:
отношения между величинами при работе на холостом ходу;
характеристики внешних параметров;
нормативные значения.

Некоторые нормативные особенности и зависимости работы без нагрузки частично раскрыты в главе «Классификация». Кратко рассмотрим внешние характеристики, соответствующие работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как показывает зависимость напряжения от нагрузки и снимается при стабильной скорости вращения якоря.

Внешние характеристики генератора постоянного тока Это зависимость напряжения от нагрузки (см. Рис. 5). Как видно из диаграммы, падение напряжения наблюдается, но не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости вращения двигателя якоря).

Отношение напряжения к нагрузке более выражено для генераторов переменного тока с параллельным возбуждением (см. Рисунок 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем более резким будет падение напряжения на клеммах генератора. В частности, по мере того, как сопротивление постепенно падает до уровня неисправности, напряжение упадет до нуля. Однако резкое короткое замыкание в цепи вызывает реверс генератора и может иметь катастрофические последствия для электрической машины этого типа.

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении увеличивает ЭДС. (см. верхнюю кривую на рисунке 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстает от ЭДС, поскольку некоторая энергия теряется на электрические потери из-за вихревых токов.

Обратите внимание, что когда напряжение достигает своего максимума, оно начинает резко падать по мере увеличения нагрузки, хотя кривая ЭДС все еще имеет тенденцию к росту. Такое поведение является недостатком, который ограничивает использование этого типа генератора переменного тока.

В генераторах переменного тока со смешанным возбуждением обе катушки, включенные последовательно и параллельно, имеют встречные соединения. Результирующая намагничивающая сила в случае согласованного возбуждения равна векторной сумме сил намагничивания этих обмоток, а в случае двухтактного возбуждения — разности этих сил.

В процессе плавного увеличения нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня напряжение на выводах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Повышение напряжения наблюдается, когда количество проводов последовательной обмотки превышает количество витков, соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим количеством витков в последовательной обмотке показано на кривой 3. Противоположная обмотка показана на кривой 4.

Реакция якоря

Генераторы противотока используются, когда необходимо ограничить токи короткого замыкания, например, в сварочных аппаратах.

В случае нормально возбужденного смешанного типа ток возбуждения постоянен и почти не зависит от нагрузки.

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, токи в обмотках генератора создают собственное магнитное поле. Это создает магнитное сопротивление между полями статора и ротора. Результирующее поле сильнее там, где якорь сталкивается с полюсами магнита, и слабее, когда он убегает от полюсов магнита. Другими словами, якорь магнитно реагирует, пропитывая сталь сердечников катушки. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения катушек. В результате этой реакции щетки на пластинах коллектора начинают сверкать.

Мощность

Отклик якоря можно уменьшить, используя дополнительные магнитные полюса или перемещая щетки за среднюю линию геометрического нейтрального полюса.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активныхколичество проводников в обмотке и скорость вращения якоря. Увеличивая или уменьшая эти параметры, можно управлять ЭДС и, следовательно, напряжением. Самый простой способ добиться желаемого результата — отрегулировать скорость клапана.

Различают полную мощность и полезную мощность генератора. Полная мощность пропорциональна силе тока при постоянной ЭДС: P = EIa. Полезная мощность, подаваемая в схему, равна P1 = UI.

Применение

Важной особенностью генератора переменного тока является его КПД — отношение полезной мощности к полной мощности. Обозначим это значение символом ηe. Тогда: ηe = P1 / P.

На холостом ходу ηe = 0. Максимальный КПД достигается при номинальных нагрузках. КПД генераторов большой мощности близок к 90%.

До недавнего времени использование генераторов постоянного тока на железнодорожном транспорте не имело альтернативы. Однако процесс замены этих генераторов на трехфазные синхронные устройства уже начался. Синхронный переменный ток генератора выпрямляется с помощью выпрямительных полупроводниковых блоков.

В некоторых российских локомотивах нового поколения уже используются асинхронные двигатели переменного тока.

Тесты по электрическим машинам постоянного тока в генераторе постоянного тока происходит преобразование

Тесты по электрическим машинам постоянного тока
1.В генераторе постоянного тока происходит преобразование…

б) электрической энергии в тепловую энергию;

в) механической энергии в электрическую энергию;

г) электрической энергии в механическую энергию;

д) электрической энергии в химическую энергию.
2.ЭДС е и ток i совпадают по направлению в …

а) двигателе постоянного тока;

б) генераторе постоянного тока;

г) коллекторе;
3.Якорем машины постоянного тока называется…

б) вращающаяся часть машины постоянного тока;

4.Часть генератора постоянного тока, обеспечивающая выпрямление переменного тока это …

г) обмотка возбуждения;

д) выводные концы.

5.Генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока и наоборот

б) можно с переделками;

6.В тяговых электрических машинах постоянного тока применяют исключительно …

а) угольно — графитные щётки;

б) графитные щётки;

в) металлографитные щётки;

г) электрографитированные щётки.

электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем изоляции, для того, чтобы

а) уменьшить потери электрической энергии;

б) уменьшить потери на вихревые токи;

в) повысить потери на индукционные токи;

г) преобразовать электрическую энергию в механическую

8.Часть сердечника главного полюса, обращенная к поверхности якоря выполняется более широкой и называется …

а) добавочным полюсом;

б) обмоткой возбуждения;

в) полюсным наконечником;

9.Обмотка якоря машины постоянного тока выполняется из…

а) из изолированной медной проволоки или медной шины;

б) из неизолированной стальной проволоки;

в) из изолированной алюминиевой проволоки или стальной шины.

г) из коллекторных пластин.

10.Компенсационную обмотку, улучшающую условия работы коллектора и щёток располагают …

а) в щёткодержателях;

б) в добавочных полюсах;

в) в полюсных наконечниках главных полюсов;

д) на коллекторе машины постоянного тока.

11.Почему на практике не применяют генератор постоянного тока последовательного возбуждения?

a) Напряжение на зажимах генератора резко изменяется при изменении нагрузки.
b) Напряжение на зажимах генератора не изменяется при изменении нагрузки.
c) ЭДС уменьшается при увеличении нагрузки.
d) ЭДС генератора не изменяется.

12. При постоянном напряжении питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения магнитный поток возбуждения уменьшился. Как изменилась частота вращения?

a) Уменьшилась.
b) Не изменилась.
c) Увеличилась.
d) Периодически изменяется

13.Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения — это зависимость..

a) Нет зависимости.
b) Е от I возб.
c) Iвозб от Iнarp.
d) U от I нагр.

14.Номинальный ток двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением I ном = 50 А. Чему равен ток обмотки возбуждения?

a) 100 А.
b) 50 А.
c) 25 А.
d) 250А

15.Почему сердечник якоря машины постоянного тока набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой?

a) Для уменьшения потерь мощности от перемагничивания и вихревых токов.
b) Из конструктивных соображений.
c) Для уменьшения магнитного сопротивления потоку возбуждения.
d) Для шумопонижения

16.Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:

a) Параллельную обмотку возбуждения.
b) Последовательную обмотку возбуждения.
c) Параллельную и последовательную обмотки возбуждения.
d) Имеющий особые обмотки возбуждения.

17.Каково назначение реостата в цепи обмотки возбуждения двигателя постоянного тока?

a) Ограничить пусковой ток.
b) Регулировать напряжение на зажимах.
c) Увеличивать пусковой момент.
d) Регулировать скорость вращения.

18.Мощность, потребляемая двигателем постоянного тока из сети Pi = 1,5 кВт. Полезная мощность, отдаваемая двигателем в нагрузку, Р2 = 1,125 кВт. Определить КПД двигателя В %..

19.Что произойдет с ЭДС генератора параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения?

a) ЭДС увеличится.
b) ЭДС не изменится.
c) ЭДС снизится до Е ост.
d) ЭДС станет равной нулю.

20.Пусковой ток двигателя постоянного тока превышает номинальный ток из — за:

Отсутствия противоЭДС в момент пуска.
b) Малого сопротивления обмотки якоря.
c) Большого сопротивления обмотки возбуждения.
d) Малого сопротивления обмотки возбуждения

21.Почему на практике не применяют генератор постоянного тока последовательного возбуждения?

22. При постоянном напряжении питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения магнитный поток возбуждения уменьшился. Как изменилась частота вращения?

a) Уменьшилась.
b) Не изменилась.
c) Увеличилась.
d) Периодически изменяется

23.Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения — это зависимость..

a) Нет зависимости.
b) Е от I возб.
c) Iвозб от Iнarp.
d) U от I нагр.

24.Номинальный ток двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением I ном = 50 А. Чему равен ток обмотки возбуждения?

a) 100 А.
b) 50 А.
c) 25 А.
d) 250А

25.Почему сердечник якоря машины постоянного тока набирают из листов электротехнической стали, изолированных между собой?

26.Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:

27.Каково назначение реостата в цепи обмотки возбуждения двигателя постоянного тока?

28.Мощность, потребляемая двигателем постоянного тока из сети Pi = 1,5 кВт. Полезная мощность, отдаваемая двигателем в нагрузку, Р2 = 1,125 кВт. Определить КПД двигателя В %..

29.Что произойдет с ЭДС генератора параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения?

a) ЭДС увеличится.
b) ЭДС не изменится.
c) ЭДС снизится до Е ост.
d) ЭДС станет равной нулю.

30.Пусковой ток двигателя постоянного тока превышает номинальный ток из — за:

Часть генератора постоянного тока обеспечивающая выпрямление переменного тока это

Генератор постоянного тока, принцип действия генератора постоянного тока, работа простейшей машины постоянного тока в режиме генератора

Рассмотрим принцип действия генератора постоянного тока на примере простейшей машины, изображенной на рис. 1.

Рис. 1. Простейшая машина постоянного тока

Магнитная система этой машины состоит из двух неподвижных полюсов N – S, создающих постоянный по величине магнитный поток. Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. По общему правилу линии магнитного потока в пространстве между полюсами N – S направлены от северного полюса N к южному полюсу S.

В пространстве между полюсами находится якорь, на поверхности которого в диаметральной плоскости уложен виток обмотки якоря ab – cd. Концы витка присоединяются к двум медным сегментам – пластинам коллектора, изолированным как друг от друга, так и от вала, на который они посажены вглухую. На пластины наложены неподвижные в пространстве щетки A и B, к которым присоединяется внешняя цепь, состоящая из каких-либо приемников электрической энергии. Расположение щеток не произвольно, а имеет существенное значение.

Приведем якорь во вращение с постоянной скоростью в заданном направлении, например, против вращения часовой стрелки. Так как проводники ab и cd находятся в совершенно одинаковых условиях один относительно полюса N, другой относительно полюса S, то достаточно рассмотреть процесс наведения ЭДС только в каком-нибудь одном проводнике, например в проводнике ab. Предположим, что по всей длине активной части проводника, т. е. той части его, которая пересекает линии магнитного поля, индукция В имеет одно и то же значение. Если V — скорость перемещения проводника относительно магнитного поля, то по закону электромагнитной индукции в формулировке Фарадея мгновенное значение ЭДС, наводимой в проводнике при вращении якоря, определяется по формуле e = B·l·V. Величины l и V неизменны в данных условиях, следовательно, ЭДС e пропорциональна индукции B.

Таким образом, в рассматриваемых условиях характер изменения ЭДС в проводнике в зависимости от времени целиком определяется характером распределения магнитной индукции под полюсом.

Условимся называть линию, которая проходит через центр якоря точно посередине между полюсами N и S, геометрической нейтралью, а часть окружности якоря Т, соответствующую одному полюсу, – полюсным делением. Машина на рис. 1. имеет одну пару полюсов, т. е. два полюсных деления.

Распределение магнитной индукции реальной машины носит сложный характер. Но можно выделить первую или основную гармонику и с достаточной степенью точности считать, что магнитная индукция распределяется под полюсами N и S синусоидально. В этом случае наводимая в проводнике ЭДС изменяется тоже синусоидально (рис. 2).

Рис. 2. Распределение магнитной индукции В под полюсами.

Изменение ЭДС во времени

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Применив это правило, определим направление ЭДС в проводнике ab на рис. 1. Когда проводник проходит под северным полюсом, то в нем наводится ЭДС, направленная к нам из-за плоскости чертежа, а когда он проходит под южным полюсом, то в обратном направлении – от нас за плоскость чертежа. Таким образом, в проводнике ab наводится переменная во времени ЭДС, изменяющая свое направление два раза за один оборот якоря.

Время T, за которое происходит одно полное изменение ЭДС, называется периодом ЭДС. Число периодов в одну секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). В общем случае, когда машина имеет p пар плюсов, частота наведенной ЭДС увеличивается пропорционально р, т.е.

где n – скорость вращения, измеряемая числом оборотов в минуту.

В обоих проводниках (ab и cd) вследствие симметрии индуктируются одинаковые ЭДС, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная ЭДС якоря рассматриваемой машины

Рассмотрим форму полной ЭДС якоря е_а. Из рис. 1. видно, что полпериода щетка А будет соприкасаться с коллекторной пластиной и соответственно с проводником ab, находящимся под северным полюсом. Вторую часть периода, когда виток повернется на 180°, щетка А будет соединена с проводником cd, находящимся также под северным полюсом, т. е. под полюсом той же полярности. Щетка А всегда соприкасается только с той пластиной, с которой соединен проводник, находящийся под северным полюсом; наоборот, щетка В соединяется только с тем проводником, который находится под южным полюсом. Следовательно, во внешней цепи ток будет протекать только в одном направлении, а именно, от щетки А к щетке В. Происходит выпрямление переменной ЭДС, наводимой в витке ab – cd, и переменного тока в пульсирующую ЭДС на щетках и пульсирующий ток во внешнем участке цепи (рис.3).

Рис. 3. Выпрямленные ЭДС и ток

Полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Щетка А, от которой ток отводится во внешнюю цепь, считается положительной и обозначается «плюс», а щетка В считается отрицательной и обозначается «минус».

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Щетки необходимо установить на пластинах коллектора так, как показано на рис. 1. В этом случае в момент перехода щетки с одной коллекторной пластины на другую, когда виток замыкается накоротко, наводимая ЭДС равна нулю. Переменная ЭДС выпрямляется полностью, напряжение на щетках максимально.

На рис. 3. видно, что ток во внешней цепи изменяется от нуля до максимального значения, т. е. пульсации тока велики. Для уменьшения пульсаций тока следует на сердечнике якоря разместить несколько витков, равномерно распределенных по его окружности, и соответственно увеличить количество коллекторных пластин, т. е. применить более сложную по устройству обмотку якоря и соответственно более сложный коллектор.

Напряжение на зажимах генератора постоянного тока определяется выражением

U_a – напряжение на зажимах обмотки якоря;

r_a – сопротивление обмотки якоря и щеток.

Из приведенного выражения видно, что напряжение на зажимах якоря U_a будет меньше ЭДС якоря Е_а на величину падения напряжения в сопротивлении цепи обмотки якоря r_a.

Проводники обмотки якоря с током I_a находятся в магнитном поле, поэтому на них будут действовать электромагнитные силы (рис. 4)

Рис. 4. Работа простейшей машины постоянного тока в режиме генератора

Эти силы создают электромагнитный момент М_эм. Как видно из рис. 4, в режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозным.