DC generátory

Princip činnosti stejnosměrného generátoru

Generátor je založen na použití zákon elektromagnetické indukce, podle kterého ve vodiči pohybujícím se v magnetickém poli a křižujícím magnetický tok, je indukován ef.

Jednou z hlavních částí stejnosměrného stroje je magnetický obvod, kterým je uzavřen magnetický tok. Magnetický obvod stejnosměrného stroje (obr. 1) se skládá ze stacionární části — statoru 1 a rotační části — rotoru 4. Stator je ocelové pouzdro, ke kterému jsou připevněny další části stroje včetně magnetických pólů 2. Na magnetických pólů 3 je umístěna budicí cívka napájená stejnosměrným proudem vytvářející hlavní magnetický tok Ф0.

Rýže. 1. Magnetický obvod čtyřpólového stejnosměrného stroje

Rýže. 2. Plechy, ze kterých je sestaven magnetický obvod rotoru: a — s otevřenými kanály, b — s polouzavřenými kanály

Rotor stroje je sestaven z lisovaných ocelových plechů s obvodovými drážkami a otvory pro hřídel a ventilaci (obr. 2). V kanálech (5 na obr. 1) rotoru je uloženo pracovní vinutí stejnosměrného stroje, tedy vinutí, ve kterém je em indukováno hlavním magnetickým tokem. atd. sToto vinutí se nazývá vinutí kotvy (proto se rotor stejnosměrného stroje obvykle nazývá kotva).

Význam e. atd. c. Stejnosměrný generátor lze přepínat, ale jeho polarita zůstává konstantní. Princip činnosti stejnosměrného generátoru je znázorněn na Obr. 3.

Póly permanentního magnetu vytvářejí magnetický tok. Představte si, že vinutí kotvy se skládá z jednoho závitu, jehož konce jsou připevněny k různým polokroužkům, které jsou od sebe izolované. Tyto půlkroužky tvořit sběratele, který se otáčí s otáčením vinutí kotvy. Stacionární kartáče přitom kloužou po sběrači.

Když se cívka otáčí v magnetickém poli, indukuje se v ní emf

kde B je magnetická indukce, l je délka drátu, v je jeho lineární rychlost.

Když se rovina cívky shoduje s rovinou osy pólů (cívka je umístěna svisle), dráty protínají maximální magnetický tok a indukuje se v nich maximální hodnota e. atd. c. Když je obrys vodorovný, např. atd. v. ve vodičích je nula.

Směr e. atd. p ve vodiči je určeno pravidlem pravé ruky (na obr. 3 je znázorněno šipkami). Když během otáčení cívky drát prochází pod druhým pólem, směr e. atd. v. je obrácen. Ale protože se kolektor otáčí s cívkou a kartáče jsou nehybné, pak je k hornímu kartáči vždy připojen drát umístěný pod severním pólem, kupř. atd. v. který směřuje pryč od štětce. V důsledku toho zůstává polarita kartáčů nezměněna, a proto zůstává nezměněna ve směru e. atd. na štětcích — např. SCH (obr. 4).

Rýže. 3. Nejjednodušší stejnosměrný generátor

Rýže. 4. Změna času elektromotorické síly.nejjednodušší DC generátor

Ačkoli e. atd. c. Nejjednodušší generátor stejnosměrného proudu je konstantní ve směru, jeho hodnota se mění, rotuje dvakrát maximální a dvakrát nulové hodnoty za jednu otáčku. Stejnosměrný proud s tak velkým zvlněním je pro většinu stejnosměrných přijímačů nevhodný a v užším slova smyslu jej nelze nazvat konstantní.

Pro snížení zvlnění je vinutí kotvy stejnosměrného generátoru vyrobeno z velkého počtu závitů (cívek) a kolektor je vyroben z velkého počtu vzájemně izolovaných kolektorových desek.

Uvažujme proces vyhlazování vln na příkladu vinutí kulaté kotvy (obr. 5), sestávajícího ze čtyř vinutí (1, 2, 3, 4), v každém ze dvou závitů. Kotva se otáčí ve směru hodinových ručiček s frekvencí n a e se indukuje ve vodičích vinutí kotvy umístěných na vnější straně kotvy. atd. (směr je označen šipkami).

Vinutí kotvy je uzavřený obvod sestávající ze sériově zapojených závitů. Ale pokud jde o kartáče, vinutí kotvy jsou dvě paralelní větve. Na Obr. 5 a jednu paralelní větev tvoří cívka 2, druhou cívku 4 (u cívek 1 a 3 se EMF neindukuje a jsou na obou koncích spojeny s jedním kartáčem). Na Obr. 5b je kotva znázorněna v poloze, kterou zaujímá po 1/8 otáčky. V této poloze sestává jedno paralelní vinutí kotvy ze sériově zapojených cívek 1 a 2 a druhé ze sériově zapojených cívek 3 a 4.

Rýže. 5. Schéma nejjednoduššího stejnosměrného generátoru s prstencovou kotvou

Každá cívka, když se kotva otáčí vzhledem ke kartáčům, má konstantní polaritu. Změna adresy atd. c. vinutí v čase s otáčením kotvy je znázorněno na Obr. 6, a. D. d.C. na kartáčích se rovná e. atd. v. každá paralelní větev vinutí kotvy. Obr. 5 ukazuje, že e. atd. c. paralelní větev je rovna nebo e. atd. c. jedna cívka nebo množství e. atd. c. dvě sousední vinutí:

V důsledku této pulzace e. atd. c. vinutí kotvy je výrazně sníženo (obr. 6, b). Zvýšením počtu závitů a kolektorových desek lze dosáhnout téměř konstantního záření. atd. v. vinutí kotvy.

Návrh DC generátoru

V procesu technického pokroku v elektrotechnice se konstrukce stejnosměrných strojů mění, i když základní detaily zůstávají stejné.

Uvažujme zařízení jednoho z typů stejnosměrných strojů vyráběných průmyslem. Jak bylo uvedeno, hlavními částmi stroje jsou stator a kotva. Stator 6 (obr. 7), vyrobený ve formě ocelového válce, slouží jak k upevnění dalších dílů, tak k ochraně před mechanickým poškozením a je pevnou součástí magnetického obvodu.

Ke statoru jsou připevněny magnetické póly 4, které mohou být permanentní magnety (pro stroje s malým výkonem) nebo elektromagnety. V druhém případě je na pólech umístěna budicí cívka 5, napájená stejnosměrným proudem a vytvářející stacionární magnetický tok vzhledem ke statoru.

Při velkém počtu pólů jsou jejich vinutí zapojena paralelně nebo sériově, ale tak, aby se střídal severní a jižní pól (viz obr. 1). Mezi hlavními póly jsou umístěny další póly s vlastním vinutím. Ke statoru jsou připevněny koncové štíty 7 (obr. 7).

Kotva 3 stejnosměrného stroje je sestavena z ocelového plechu (viz obr. 2) pro snížení výkonových ztrát vířivými proudy. Listy jsou od sebe izolovány.Kotva je pohyblivá (otočná) část magnetického obvodu stroje. Cívka kotvy nebo pracovní cívka 9 je umístěna v kanálech kotvy.

Rýže. 6. Časová odchylka EMF od vinutí a vinutí prstencové kotvy

Stroje jsou v současnosti vyráběny s kotvou a bubnovým typem vinutí. Dříve uvažované vinutí prstencové kotvy má tu nevýhodu, že např. atd. c. se indukuje pouze ve vodičích umístěných na vnějším povrchu kotvy. Proto je aktivní pouze polovina vodičů. Ve vinutí kotvy bubnu jsou všechny dráty aktivní, to znamená, že vytvářejí stejné e. jako u stroje s prstencovou kotvou je zapotřebí téměř polovina vodivého materiálu.

Vodiče vinutí kotvy, umístěné v drážkách, jsou vzájemně propojeny předními částmi závitů. Každý slot obvykle obsahuje několik vodičů. Vodiče jedné štěrbiny jsou spojeny s vodiči druhé štěrbiny a tvoří sériové spojení nazývané cívka nebo sekce.Sekce jsou zapojeny do série a tvoří uzavřený obvod. Sekvence vazeb by měla být taková, aby např. atd. v. v drátech zahrnutých v jedné paralelní větvi měl stejný směr.

Na Obr. 8 znázorňuje nejjednodušší vinutí bubnové kotvy dvoupólového stroje. Plné čáry znázorňují vzájemné spojení sekcí na straně kolektoru a přerušované čáry znázorňují koncové spoje vodičů na opačné straně. Pásy jsou vyrobeny z míst připojení sekcí ke kolektorovým deskám. Směr e. atd. p. ve vodičích cívky je znázorněno na obrázku: «+» — směr od čtečky, «•» — směr ke čtečce.

Vinutí takové kotvy má také dvě paralelní větve: první je tvořena dráty drážek 1, 6, 3, 8, druhá — dráty drážek 4, 7, 2, 5. Když se kotva otáčí , kombinace štěrbin, jejichž dráty tvoří paralelní větev, se neustále mění, ale vždy je paralelní větev tvořena vodiči čtyř kanálů, které zaujímají konstantní polohu v prostoru.

Rýže. 7. Uspořádání stejnosměrného stroje s bubnovou kotvou

Rýže. 8. Nejjednodušší vinutí

Stroje vyráběné továrnami mají po obvodu kotvy bubnu desítky nebo stovky drážek a počet kolektorových desek se rovná počtu sekcí vinutí kotvy.

Kolektor 1 (viz obr. 7) se skládá z měděných desek, vzájemně izolovaných, které jsou spojeny s připojovacími body sekcí vinutí kotvy a slouží k převodu proměnné e. Obr. atd. v. ve vodičích vinutí kotvy v konstantním e. atd. c. na kartáčích 2 generátoru nebo přeměně stejnosměrného proudu přiváděného do kartáčů motoru ze sítě na střídavý proud ve vodičích vinutí kotvy motoru. Kolektor se otáčí s kotvou.

Při otáčení kotvy kloužou po kolektoru pevné kartáče 2. Kartáče jsou grafitové a měděné grafitové. Jsou namontovány v kartáčových držácích, které lze otáčet pod určitým úhlem. Ke kotvě je připojeno oběžné kolo 8 pro ventilaci.

Klasifikace a parametry stejnosměrných generátorů

Klasifikace stejnosměrných generátorů je založena na typu zdroje energie budicí cívky. Rozlišovat:

1.generátory s vlastním buzením, jejichž budicí cívka je napájena z externího zdroje (baterie nebo jiného zdroje stejnosměrného proudu). U generátorů s nízkým výkonem (desítky wattů) může být hlavní magnetický tok vytvořen permanentními magnety,

2. Generátory s vlastním buzením, jejichž budicí cívka je napájena samotným generátorem. Podle schématu zapojení kotvového a budícího vinutí ve vztahu k vnějšímu obvodu existují: paralelní budicí generátory, u kterých je budicí vinutí zapojeno paralelně s vinutím kotvy (šuntové generátory), sériové budicí generátory, u kterých tyto vinutí jsou zapojena sériově (sériové generátory), generátory se smíšeným buzením, ve kterých je jedno budicí vinutí zapojeno paralelně s vinutím kotvy a druhé sériově (kombinované generátory).

Jmenovitý režim stejnosměrného generátoru je určen jmenovitým výkonem - výkonem, který generátor dává přijímači, jmenovitým napětím na svorkách vinutí kotvy, jmenovitým proudem kotvy, budícím proudem, jmenovitým kmitočtem vinutí kotvy. rotace armatury. Tyto hodnoty jsou obvykle uvedeny v pasu generátoru.