Число частей магнитопровод генератора постоянного тока

Генераторы постоянного тока

Принцип действия генератора постоянного тока

Работа генератора основана на использовании закона электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитный поток, индуцируется э д. с.

Одной из основных частей машины постоянного тока является магнитопровод, по которому замыкается 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 детали машины, в том числе магнитные полюсы 2. На магнитные полюсы насаживается обмотка возбуждения 3, питаемая постоянным током и создающая основной магнитный поток Ф0.

Рис. 1. Магнитная цепь машины постоянного тока с четырьмя полюсами

Рис. 2. Листы, из которых набирают магнитную цепь ротора: а — с открытыми пазами, б — с полузакрытыми пазами

Ротор машины набирают из стальных штампованных листов с пазами по окружности и с отверстиями для вала и вентиляции (рис. 2). В пазы (5 на рис. 1) ротора закладывается рабочая обмотка машины постоянного тока, т. е. обмотка, в которой основным магнитным потоком индуцируется э. д. с. Эту обмотку называют обмоткой якоря (поэтому ротор машины постоянного тока принято называть якорем).

Значение э. д. с. генератора постоянного тока может изменяться, но ее полярность остается постоянной. Принцип действия генератора постоянного тока показан на рис. 3.

Полюсы постоянного магнита создают магнитный поток. Представим, что обмотка якоря состоит из одного витка, концы которого присоединены к различным полукольцам, изолированным друг от друга. Эти полукольца образуют коллектор, который вращается вместе с витком обмотки якоря. По коллектору при этом скользят неподвижные щетки.

При вращении витка в магнитном поле в нем индуцируется э. д. с

где В — магнитная индукция, l — длина проводника, v — его линейная скорость.

Когда плоскость витка совпадает с плоскостью осевой линии полюсов (виток расположен вертикально), проводники пересекают максимальный магнитный поток и в них индуцируется максимальное значение э. д. с. Когда виток занимает горизонтальное положение, э. д. с. в проводниках равна нулю.

Направление э. д. с. в проводнике определяется по правилу правой руки (на рис. 3 оно показано стрелками). Когда при вращении витка проводник переходит под другой полюс, направление э. д. с. в нем меняется на обратное. Но так как вместе с витком вращается коллектор, а щетки неподвижны, то с верхней щеткой всегда соединен проводник, находящийся под северным полюсом, э. д. с. которого направлена от щетки. В результате полярность щеток остается неизменной, а следовательно, остается неизменной по направлению э. д. с. на щетках — е_щ (рис. 4).

Рис. 3. Простейший генератор постоянного тока

Рис. 4. Изменение во времени э.д.с. простейшего генератора постоянного тока

Хотя э. д. с. простейшего генератора постоянного тока постоянна по направлению, по значению она изменяется, принимая за один оборот витка два раза максимальное и два раза нулевое значения. Э. д. с. с такой большой пульсацией непригодна для большинства приемников постоянного тока и в строгом смысле слова ее нельзя назвать постоянной.

Для уменьшения пульсаций обмотку якоря генератора постоянного тока выполняют из большого числа витков (катушек), а коллектор — из большого числа коллекторных пластин, изолированных друг от друга.

Рассмотрим процесс сглаживания пульсаций на примере обмотки кольцевого якоря (рис. 5), состоящей из четырех катушек (1, 2, 3, 4), по два витка в каждой. Якорь вращается по направлению часовой стрелки с частотой n и в проводниках обмотки якоря, расположенных на внешней стороне якоря, индуцируется э. д. с. (направление показано стрелками).

Обмотка якоря представляет собой замкнутую цепь, состоящую из последовательно соединенных витков. Но относительно щеток обмотка якоря представляет собой две параллельные ветви. На рис. 5, а одна параллельная ветвь состоит из катушки 2, вторая — из катушки 4 (в катушках 1 и 3 э. д. с. не индуцируется, и они обеими концами соединены с одной щеткой). На рис. 5, б якорь показан в положении, которое он занимает через 1/8 оборота. В этом положении одна параллельная ветвь обмотки якоря состоит из последовательно включенных катушек 1 и 2, а вторая — из последовательно включенных катушек 3 и 4.

Рис. 5. Схема простейшего генератора постоянного тока с кольцевым якорем

Каждая катушка при вращении якоря по отношению к щеткам имеет постоянную полярность. Изменение э. д. с. катушек во времени при вращении якоря показано на рис. 6, а. Э. д. с. на щетках равна э. д. с. каждой параллельной ветви обмотки якоря. Из рис. 5 видно, что э. д. с. параллельной ветви равна или э. д. с. одной катушки, или сумме э. д. с. двух соседних катушек:

В результате этого пульсации э. д. с. обмотки якоря заметно уменьшаются (рис. 6, б). При увеличении числа витков и коллекторных пластин можно получить практически постоянную э. д. с. обмотки якоря.

Конструкция генераторов постоянного тока

В процессе технического прогресса в электромашиностроении конструктивный вид машин постоянного тока изменяется, хотя основные детали остаются теми же.

Рассмотрим устройство одного из типов машин постоянного тока, выпускаемых промышленностью. Как указывалось, основными частями машины являются статор и якорь. Статор 6 (рис 7), изготовленный в виде стального цилиндра, служит как для крепления других деталей, так и для защиты от механических повреждений и является неподвижной частью магнитной цепи.

К статору крепятся магнитные полюсы 4, которые могут представлять собой постоянные магниты (у машин малой мощности) или электромагниты. В последнем случае на полюсы насаживается обмотка возбуждения 5, питаемая постоянным током и создающая неподвижный относительно статора магнитный поток.

При большом числе полюсов их обмотки включают параллельно или последовательно, но так, чтобы северный и южный полюсы чередовались (см. рис. 1). Между главными полюсами располагаются добавочные полюсы со своими обмотками. К статору крепятся подшипниковые щиты 7 (рис. 7).

Якорь 3 машины постоянного тока набирается из листовой стали (см. рис. 2) для уменьшения потерь мощности и от вихревых токов. Листы изолируются друг от друга. Якорь является подвижной (вращающейся) частью магнитопровода машины. В пазы якоря укладывается обмотка якоря, или рабочая обмотка 9.

Рис. 6. Изменение во времени э.д.с катушек и обмотки кольцевого якоря

В настоящее время выпускаются машины с якорем и обмоткой барабанного типа. Рассмотренная ранее обмотка кольцевого якоря имеет недостаток, заключающийся в том, что э. д. с. индуцируется только в проводниках, расположенных на внешней поверхности якоря. Следовательно, активными являются только половина проводников. В обмотке барабанного якоря все проводники — активные, т. е. для создания той же э. д. с, что и в машине с кольцевым якорем, требуется почти в два раза меньше проводникового материала.

Расположенные в пазах проводники обмотки якоря соединяются между собой лобовыми частями витков. В каждом пазу обычно располагается несколько проводников. Проводники одного паза соединяются с проводниками другого паза, образуя последовательное соединение, называемое катушкой или секцией. Секции соединяются последовательно и образуют замкнутую цепь. Последовательность соединения должна быть такой, чтобы э. д. с. в проводниках, входящих в одну параллельную ветвь, имели одинаковое направление.

На рис. 8 показана простейшая обмотка якоря барабанного типа двухполюсной машины. Сплошными линиями показано соединение секций друг с другом со стороны коллектора, а пунктирными — лобовые соединения проводников с противоположной стороны. От точек соединения секций делаются отпайки к коллекторным пластинам. Направление э. д. с. в проводниках обмотки показано на рисунке: «+» — направление от читателя, «•» — направление на читателя.

Обмотка такого якоря имеет также две параллельные ветви: первая, образованная проводниками пазов 1, 6, 3, 8, вторая — проводниками пазов 4, 7, 2, 5. При вращении якоря сочетание пазов, проводники которых образуют параллельную ветвь, все время изменяется, но всегда параллельная ветвь образуется проводниками четырех пазов, занимающих постоянное положение в пространстве.

Рис. 7. Устройство машины постоянного тока якоря барабанного типа

Рис. 8. Простейшая обмотка

Выпускаемые заводами машины имеют десятки или сотни пазов по окружности барабанного якоря и число коллекторных пластин, равное числу секций обмотки якоря.

Коллектор 1 (см. рис. 7) состоит из медных изолированных друг от друга пластин, которые соединяют с точками соединения секций обмотки якоря, и служит для преобразования переменной э. д. с. в проводниках обмотки якоря в постоянную э. д. с. на щетках 2 генератора или преобразования постоянного тока, подводимого к щеткам двигателя из сети, в переменный ток в проводниках обмотки якоря двигателя. Коллектор вращается вместе с якорем.

При вращении якоря по коллектору скользят неподвижные щетки 2. Щетки бывают графитовые и медно-графитовые. Они крепятся в щеткодержателях, которые допускают поворот на некоторый угол. С якорем соединена крыльчатка 8 для вентиляции.

Классификация и параметры генераторов постоянного тока

В основу классификации генераторов постоянного тока положен вид источника питания обмотки возбуждения. Различают:

1. генераторы с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которых питается от постороннего источника (аккумулятора или другого источника постоянного тока). У генераторов малой мощности (десятки ватт) основной магнитный поток может создаваться постоянными магнитами,

2. генераторы с самовозбуждением, обмотка возбуждения которых питается от самого генератора. По схеме соединения обмоток якоря и возбуждения по отношению к внешней цепи бывают: генераторы параллельного возбуждения, у которых обмотка возбуждения включена параллельно с обмоткой якоря (шунтовые генераторы), генераторы последовательного возбуждения, у которых эти обмотки включены последовательно (сериесные генераторы), генераторы смешанного возбуждения, у которых одна обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря, а вторая — последовательно (компаундные генераторы).

Номинальный режим генератора постоянного тока определяется номинальной мощностью — мощностью, отдаваемой генератором приемнику, номинальным напряжением на зажимах обмотки якоря, номинальным током якоря, током возбуждения, номинальной частотой вращения якоря. Эти величины обычно указываются в паспорте генератора.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Устройство генератора постоянного тока

§ 105. 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 пластинам.

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.

ЧТО ТАКОЕ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор постоянного тока предназначен для преобразования кинетической энергии в электрическую. Используется в качестве источника электроэнергии в тепловозах, автомобилях, промышленных установках и т.д.

Представляет собой обратимую электрическую машину. В зависимости от схемы подключения может работать как генератор или как электродвигатель.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Заключается в том, что если проводник передвигается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

Схематично это явление можно описать следующим образом. Если проводник, например, медную проволоку в виде рамки поместить между двумя полюсами подковообразного магнита, он будет находиться в постоянном магнитном поле.

Затем начнем вращать эту рамку. В процессе вращения она будет пересекать магнитный поток. Вследствие этого, внутри проволоки индуцируется электродвижущая сила э.д.с.

Если концы этой рамки соединить, то под воздействием э.д.с., потечет индукционный ток. Если включить в эту цепь амперметр, он покажет наличие в ней тока. Это и есть самый простой макет генератора.

Для того, чтобы подключить рамку к электрической цепи, ее крепят к полукольцам. Две щетки контактируют с вращающимися полукольцами поочередно, и через них индукционный ток поступает далее в электрическую цепь. Полукольца устанавливают на оси, вокруг которой вращается рамка. Это упрощенная схема коллектора.

Когда рамка переходит через горизонтальное положение (нейтраль), щетки одновременно переключаются с одного полукольца на второе. В этот момент стороны рамки магнитных силовых линий не пересекают. В таком положении э.д.с. и, соответственно, ток равны 0. Благодаря этому переключение щеток не сопровождается искрением.

На величину электродвижущей силы влияют следующие факторы:

• длина проволоки;
• величина индукции магнитного поля;
• частота вращения.

Величина э.д.с. (Е) меняется по синусоидальной траектории, с пиками при прохождении рамкой вертикальных положений. В эти моменты она перпендикулярно пересекает максимум силовых линий. Нулевые значения отмечаются при прохождении нейтрали. После ее пересечения э.д.с. меняет свое направление.

В свою очередь, коллектор, чередуя каждые пол оборота полукольца на щетках, выпрямляет переменную э.д.с. На выходе получается пульсирующий, в виде выпрямленной синусоиды, постоянный ток.

КАК НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Для того, чтобы можно было пользоваться генератором, как источником энергии, ток нужно сгладить. Если увеличить количество рамок до двух и расположить их перпендикулярно друг другу. Тогда пиковые значения Е и, соответственно, тока будут возникать уже каждые четверть оборота.

Если их соединить последовательно, индуцируемый ток будет суммироваться. А его выходная характеристика будет иметь вид двух, смещенных между собой на четверть периода выпрямленных синусоид. Пульсация значительно уменьшится.

Если количество последовательных рамок еще увеличивать, тогда значение тока будет все больше приближаться к идеальной прямой. Кроме того, величина электродвижущей силы напрямую зависит от длины проводника. Поэтому количество рамок делают большим, а их совокупность и составляет обмотку вращающейся части генератора — якоря.

Для последовательного соединения витков обмотки, конец предыдущего нужно соединить с началом следующего. Делают это на полукольцах или, как их называют, пластинах. Их количество будет равняться количеству витков.

Другим фактором, влияющим на величину Е, является сила магнитного поля. Индукция магнитного потока обычного магнита слишком маленькая, а потери в среде между двумя полюсами наоборот очень большие.

Для решения первой проблемы вместо постоянного магнита используют гораздо более сильный электромагнит. Для решения второй проблемы сердечник якоря выполняют из стали. Также уменьшают до самого минимума зазор между якорем генератора и полюсами электромагнита.

Ток, протекающий в якоре, образуют своего рода электромагнит, и создает свое магнитное поле. Это явление называется реакция якоря. В нем также возникает реактивная э.д.с. Вместе они искажают магнитное поле. Чтобы это скомпенсировать, устанавливаются добавочные полюса. Они включаются в цепь якоря и полностью перекрывают это негативное воздействие.

По источнику тока возбуждения генераторы бывают:

• с независимым возбуждением;
• с самовозбуждением.

Необходимый для работы генератора магнитный поток создается благодаря току, проходящему через обмотки главных полюсов. Этот ток называется током возбуждения. При независимом возбуждении обмотка питается от аккумулятора или другого источника питания. При самовозбуждении питается током якоря.

Благодаря тому, что сердечники полюсов обладают остаточным магнетизмом, они создают небольшой магнитный поток. Если якорь начинает вращаться, этого потока достаточно для появления в витках якоря небольшого индукционного тока.

Этот ток, попадая в обмотку возбуждения полюсов, усиливает рабочий магнитный поток. Это приводит к увеличению тока в якоре и происходит цепная реакция. Таким образом, генератор быстро выходит на расчетную мощность.

По схеме подключения обмотки якоря к обмотке возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на три типа:

• с параллельным возбуждением;
• с последовательным возбуждением;
• со смешанным возбуждением.

Схема возбуждения влияет на характеристики генератора и особенности его применения. Основным его параметром является внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки при заданной частоте вращения и параметрах возбуждения. Также к основным характеристикам относится мощность и КПД, который достигает 90-95%.

УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор состоит из двух частей:

• подвижная вращающаяся часть якорь;
• неподвижная – статор.

Статор состоит из станины, магнитных полюсов, подшипникового щита с подшипниками. Станина — это несущая часть генератора, на которой размещены все его части. Внутри установлены полюсы с сердечниками и обмотками возбуждения. Изготавливается из ферромагнитных материалов.

Ротор или якорь состоит из сердечника, вала, коллектора и вентилятора. В качестве опоры для якоря используются подшипники, установленные на боковых подшипниковых щитах статора.

Преимущества и область применения.

Генераторы постоянного тока обладают следующими достоинствами:

• простота конструкции, компактность;
• надежность;
• экономичность;
• обратимость, то есть возможность использования в качестве электродвигателя;
• практически линейная внешняя характеристика.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• ограниченный срок службы щеточно-коллекторного узла.

Используются в различных отраслях производства, в строительстве, в промышленных установках, сварочном оборудовании, в машиностроении, на предприятиях металлургической промышленности, в автомобильном, железнодорожном, воздушном и морском, транспорте.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Число частей магнитопровод генератора постоянного тока

Электрооборудование двигателей внутреннего сгорания

Наши дополнительные сервисы и сайты:

e-mail:	[email protected] [email protected]
icq:	613603564
skype:	matrixplus2012
телефон	+79173107414 +79173107418

г. С аратов

Генераторы постоянного тока

В схемах электрооборудования двигателей внутреннего сгорания применяют в основном двух- и четырехполюсные шунтовые (с параллельным возбуждением) генераторы (рис. 7).

Генератор состоит из корпуса 1, к которому винтами прикреплены сердечники 10 полюсов возбуждения. Корпус и сердечники генератора изготовлены из электротехнической стали. Такая сталь обладает значительным остаточным магнетизмом, обеспечивающим самовозбуждение генератора, и позволяет в широких пределах изменять магнитный поток возбуждения при различных режимах работы генератора.

Рис. 7. Генератор постоянного тока: а — общий вид и устройство; б — электрическая схема; 1 — корпус; 2-якорь; 3 — зажимы; 4 — защитная лента; 5 — коллектор; 6 — пружина щеточного аппарата; 7 — щетки; 8 — щеткодержатели; 9 — обмотка возбуждения; 10 — сердечник; 11 — крышка

На полюсах возбуждения устанавливают обмотку возбуждения 9, которая изготовляется из медного провода в эмалевой или лаковой изоляции. Катушки обмотки возбуждения оплетают тафтяной лентой и пропитывают изоляционным лаком.

Для подключения обмотки возбуждения параллельно нагрузке один ее конец соединен с корпусом (массой) генератора и минусовой щеткой, а другой — с изолированным от корпуса генератора зажимом 3, обозначенным буквой 111 (шунт).

Якорь генератора состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник набирают из пластин электротехнической стали толщиной 0,8-1,2 мм. Эти пластины покрывают изоляционным лаком для уменьшения действия вихревых токов (токов Фуко).

Сердечник напрессован на вал, имеющий мелкие продольные шлицы (накатку), которые удерживают сердечник от проворачивания. На вал надевается приводной шкив с ребрами для создания охлаждающего воздушного потока, проходящего через специальные вентиляционные отверстия в крышке 11.

Рис. 8. Коллекторы генераторов: а, б — на металлической втулке; в — на пластмассовой втулке; 1 — коллекторные пластины; 2 — стальная втулка; 3 — фасонные шайбы; 4 — изоляционная прокладка; 5 — стяжная гайка; 6 — петушки; 7 — пластмассовая втулка; 8 — цинковая гильза

Обмотку якоря выполняют из медного провода диаметром 0,8-1,5 мм, ее укладывают в пазы сердечника, в которые вставлены прокладки из электрокартона (прессшпана), согнутые по форме паза и предохраняющие провода от замыкания на массу якоря.

Обмотку закрепляют в пазах якоря клиньями, запрессованными поверх ее проводников. Клинья изготовляют из электрокартона, дерева (сухая береза, бук) или фибры.

Обмотка якоря состоит из секций, концы которых припаиваются к пластинам коллектора.

Обмотки якоря в зависимости от способа намотки и соединения секций могут быть петлевыми или волновыми.

В генераторах постоянного тока двигателей внутреннего сгорания применяют обычно петлевую обмотку и только в некоторых четырехполюсных генераторах (Г 107, Г 8-В) — волновую.

После намотки якоря генератора его обмотку пропитывают водоэмульсионными лаками и подвергают горячей сушке. Пропитанный и просушенный якорь покрывается прочной лаковой пленкой, обеспечивающей сопротивление изоляции обмоток не менее 5 мом.

Рис. 9. Щеткодержатель: 1 — коллектор; 2 — щетка; 3 — передняя стенка; 4 — зажим; 5 — канатик; 6 — рычаг; 7 — ось; 8 — пружина; 9 — упор

Коллектор генератора выпрямляет переменный ток, протекающий в секциях обмоток якоря, который через щетки передается во внешнюю цепь.

Коллектор состоит из медных коллекторных пластин ламелей 1 (рис. 8, а), изолированных одна от другой прокладками из миканита. Коллекторные пластины и миканитовые прокладки зажаты на стальной втулке 2 и изолированы от последней фасонными шайбами 3 и прокладкой 4.

После сборки коллектора стальную втулку развальцовывают или стягивают гайкой 5 (рис. 8, б). Концы секций обмоток припаивают к петушкам 6 коллекторных пластин.

Коллектор может быть собранна пластмассовой втулке 7 (рис. 8, в), внутрь которой запрессована цинковая гильза 8.

Щетки снимают и отводят ток от коллектора; они представляют собой графитовые или медно-графитовые пластины. Для обеспечения надежного контакта щетки должны плотно прилегать к пластинам коллектора, поэтому их помещают в щеткодержатели.

Щеткодержатели у генераторов двигателей внутреннего сгорания чаще применяют реактивного типа (рис. 9). Продольная ось щетки 2 образует с радиусом окружности коллектора угол 26-28°.

Щетка прижата пружиной 8 к передней стенке 5, противоположной направлению движения коллектора 1. Щеткодержатель имеет три стенки; четвертой стенкой служит упор 9, предохраняющий щетку от выпадания. Если щетка плотно прижата к передней стенке, то между щеткой и упором устанавливается зазор 0,5-0,6 мм, обеспечивающий свободное перемещение щетки в щеткодержателе.

При вращении якоря сила трения между коллектором и щеткой стремится оторвать последнюю от передней стенки, вследствие чего трение щетки о стенку щеткодержателя незначительно и она легко перемещается вдоль своей оси в случае неровностей коллектора. Это снижает вибрацию щеткодержателей и искрообразование на коллекторе.

Сила давления рычага 6 на щетку зависит от натяжения пружины 8. Рычаг 6 поворачивается на оси 7. Для соединения с внешней цепью щетка имеет медный канатик 5 и зажим 4.

Ниже приведены технические характеристики генераторов постоянного тока. Э. д. с. генератора постоянного тока зависит от числа оборотов якоря и нагрузки генератора: с увеличением числа оборотов и уменьшением нагрузки увеличивается э. д. с. генератора. Для изучения работы генератора снимаются различные характеристики.

Нагрузочная характеристика показывает зависимость тока нагрузки / от числа оборотов при постоянном напряжении на зажимах генератора. Для этого изменяют число оборотов якоря до достижения значения, соответствующему номинальному напряжению, и загружают генератор, увеличивая число оборотов для поддержания номинального напряжения. При этом замеряют число оборотов якоря и ток нагрузки.

Характеристику к. п. д. генератора определяют, измеряя мощность, необходимую для его привода при различных числах оборотов. Испытания проводят при отдаче генератором номинальной мощности. Во всех случаях к. п. д. генератора падает с увеличением числа оборотов якоря.

С увеличением числа оборотов якоря напряжение генератора возрастает. Для поддержания неизменного напряжения при увеличении числа оборотов якоря необходимо уменьшать магнитный поток возбуждения, т. е. ток возбуждения.

Сопротивление обмотки возбуждения можно изменять с помощью реостата, однако практически это представляет большие трудности. Наибольшее распространение получил автоматический электромагнитный регулятор напряжения, который регулирует ток возбуждения путем периодического включения и выключения сопротивления в цепи возбуждения.

для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.

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.

1. Принцип действия
2. Характеристики и строение
3. Электродвижущая сила
4. Мощность оборудования и КПД
5. Разновидности по способу возбуждения
6. 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.

Число частей магнитопровод генератора постоянного тока

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.