Лабораторная работа № 8 Генератор постоянного тока Цель работы:

147

• ознакомиться с устройством, принципом действия, основными режимами работы генератора постоянного тока с независимым возбуждением;

• приобрестипрактические навыки пуска, эксплуатации и остановки генератора постоянного тока;

• экспериментально подтвердить теоретические сведения о характеристиках генератора постоянного тока.

Основные теоретические положения

Электрические машины постоянного тока могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости.

Генератор постоянного тока — это электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока

—электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.

Общий вид электрической машины постоянного тока представлен на рис. 1.

Устройство электрической машины постоянного тока

Как и любая другая электрическая машина, машина постоянного тока состоит из неподвижной части — статора и вращающейся части —ротора 1, выполняющего функциюякоря, так как в его обмотках наводится ЭДС.

В статоре машины находится обмотка возбуждения, создающая необходимый магнитный поток Ф. Статор состоит из цилиндрической станины 2 (стальное литье, стальная труба или сваренная листовая сталь), к которой крепятся главные 3 и дополнительные 4 полюса с обмотками возбуждения. С торцов статор закрывают подшипниковые щиты 5. В них впрессовываются подшипники и укрепляется щеточная траверса с щетками 6.

Якорь состоит из цилиндрического пакета (набранного из лакированных листов электротехнической стали для ослабления вихревых токов). В пазы сердечника якоря укладывается обмотка, соединенная с

коллектором7; все это закрепляется на валу якоря.

Рис. 1

Принцип действия

Простейшую электрическую машину можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 2,а,б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Рис. 2

Принцип работы электрической машины основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим принцип работы электрической машины в режиме генератора. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя (ПД). Виток пересекает магнитное поле, и в нем по закону электромагнитной индукции наводится переменная ЭДС

, направление которой определяется по правилу правой руки. Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него — к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя щетка — отрицательным. При повороте витка на 180⁰ проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменится на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя пластина—с верхней щеткой, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т.е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Для уменьшения пульсаций в генераторе постоянного тока вместо одной катушки по окружности якоря размещается несколько равномерно разнесенных обмоток, которые образуют обмотку якоря, и присоединяются для изменения полярности ЭДС

к коллектору, состоящему из большего числа сегментов. Поэтому ЭДС в цепи между выводами щеток пульсирует уже не так сильно, т.е. получается практически постоянной.

Для этой постоянной ЭДС справедливо выражение

Е=с₁Фn ,

где с₁—коэффициент, зависящий от конструктивных элементов якоря и числа полюсов электрической машины;Ф— магнитный поток;n— частота вращения якоря.

При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток i = I_я, направление которого совпадает с направлением ЭДС (см. рис. 2,б). По закону Ампера взаимодействие тока iи магнитного поля

Всоздает силуf, которая направлена перпендикулярноВиi. Направление силыfопределяется правилом левой руки: на верхний проводник сила действует влево, на нижний—вправо. Эта пара сил создает вращающий моментМ_вр, направленный в данном случае против часовой стрелки и равный

М=с₂ФI_я.

Этот момент противодействует моменту привода, т.е. является тормозящим моментом.

Ток якоря I_явызывает в якорной обмотке с сопротивлениемR_япадение напряженияR_яI_я,так что при нагрузке напряжениеUна выводах щеток получается меньше, чемЭДС, а именно

U = E – R_яI_я.

studfile.net

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор – это электрическая машина предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую.

Принцип работы генератора постоянного тока

При вращении якоря создается магнитный поток, который возбуждает электрический ток в катушках, после чего этот ток (постоянный!!) идет на потребление.

Постоянный возможен при электромагнитной индукции

Генератор постоянного тока- нужно снимать электрическими специальными щетками

Генератор постоянного тока- статер выполнен виде обмоточного возбуждения

Генератор запускается про скорости движения вагона-40 км в час..

При скорости 40км в час запускается генератор постоянного тока, напряжение генератора больше.

Преимущество. Сразу вырабатывает ток. Не нужен выпрямитель. Обмотка возбуждения на полюсах. Акк.батарея заряжается стабильное напряжение в сети, обеспечивается с помощью релегенератора напряжения (_освещение)

 

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Генератор – это электрическая машина предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую.

Принцип работы генератора переменного тока

В связи с тем, что ротор и статор имеет определенные «выступы», и в процессе вращения «выступы» чередуются со «впадинами», создается переменный!!! ток

8кВт- применяется в современных вагонах

Генераторы 2Г008ДцГ

Генератор переменнтого тока- это источник со смещенным возбуждением 2-х обмоточный и 3-х фазный генератор индуктивного типа
Индуктивный генератор (безконтактный) снимается со статера

Внктри крутится ротер.

Разница интервалов между ротером и статерем возникает магнитный поток..

Особенности переменного тока:

1. не имеет обмотки на ротере
2. не имеет щеток
3. обмотки закладываются в позыв статора
4. обмотка возбуждения виде 2-х кольцевых катушек расположенных в 2-х подшипниковых щетках
5. ротер выполнен из равномерных расположенных рубцов
6. три обмотки возбуждения:

-параллельные регулируется напряженение генератора в сети

— последовательные компенсируют реакции обмотки статера

— специальные- для облегчения автоматического регулирования напряжения генератора при малых нагрузках, при высоких скоростях вагонов..

Генератор работает в диапозоне от 650 до 2600 оборотов в минуту

В современных вагонах от 1000 до 4000 оборотов в минуту

 

 

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор – это электрическая машина предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую
Генератор постоянного тока состоит:

Из неподвижной части статора , внутри которого закреплены полюсы (4шт) на концах установлены катушки обмотки возбуждения , они соединяться последовательно друг с другом и подключаются к РНГ (ре напряжение генератора). Внутри статора вращается якорь состоящий из вала, на который напрессован сердечник якоря , имеющий 25 пазов. В позы якоря уложена рабочая обмотка генератора , концы рабочей обмотки выведены на коллекторные пластины , с пластин коллекторных напряжение снимается с помощью графитовых щеток. Щетки расположены на поворотной траверсе , при изменения направления вращения валов генератора , щетки поворачиваются на 90 % , сохраняя тем самым неизменным полярности генераторов .ЭДС в рабочей обмотке возбуждения проводится за счет изменения магнитного потока.

Генератор запускается при скорости движения 40км в час

Реленапряжение сети освещения..

Генератор постоянного тока- нужно снимать специальными электрическими щетками

Преимущества:

-Постоянный ток

-не нужен выпрямитель

— обмотка возбуждения на полюсах

Недостатки:

— потеря мощности на скользящем контакторе между щетками и коллектором.

— сложен в тех.обслуживании и ремонт генераторов

-низкая удельная мощность максимум мощность в 5 киловат.

Генератор- первичный источник, заряд батареи . отличаются по мощности мин – 5 киловат и максимум – 32.

 

 

 

Особенности конструкции вагонных ламп накаливания

Накаливания – повышенная виброустойчивость , специальный цоколь (софитный или штифтовый)

штыревой цоколь – это главная особенность вагонных ламп. Лампа накаливания не более 40 ватт. 50 и 110 вольт.

 

Технико-экономические показатели люминесцентных ламп

1.Сложность конструкций- сложная

2. Сложность ПРА –сложная

3. Цветность- естественный

4. Светоотдача- 35-37 люм на Вт

5. Срок службы- 5000ч

6. Ощущение- неблагоприятные

7. Пожароопасность- нет

8. Вредность – да

9. Боязнь перенапряжения- нет

10. Напряжение- 220V переменный

11. Род тока – переменный однофазный

12. Частота – от 400 до 5000Гц

13. Мощность – 20, 40 Вт

 

Кислотные АБ.

Состоят:

1. деревянные ящики — корпус.

2. эбонитовый бак.

3. карболитовые крышки.

4. положительные пластины — двуокись свинца Pb0₂ — темно коричневого цвета.

5. отрицательные пластины — губчатый свинец светло-серого цвета.

6. резьбовая пробка, в ней вентиляционные каналы.

7. соединительные шины (для последовательного соединения банок АБ).

8. Положительная и отрицательные клемы.

9. 25% раствор электролита чистой серной кислоты H₂S0₄ дистилорованная вода.

Пример: 26 ВНЦ-400. 26 элементов на 52 В 56 элементов на 112 В.\

В – вагонная Н – никело Ц – цинковая 400 — емкость в А/ч.

Нельзя допускать глубокий разряд, происходит сульфатация пластин (до 47 В, 102 В).

Щелочные АБ

1. положительные пластины;

2. отрицательные пластины;

3. стальной неразборный бак;

4. плюсовая и минусовая клейма;

5. заливное отверстие;

6. резьбовая пробка, в ней вентиляционные каналы;

7. резиновый изолирующий чехол;

8. эбонитовые палочки между «+» и «-» пластинами

9. раствор электролита 10% едкого калия с дистиллированной водой.

Пример: 40 ВЖН 300.

40 — количество банок (52 В)В – вагонные Ж – железно Н – никелевые 300 — емкость АБ в А/ч.

Щелочные АБ дешевле кислотных, обладают большей механической прочностью не выходят из строя в результате действия низких температур, имеют большой срок службы, не требуют такого тщательного как кислотные, вследствие этого щелочные батареи получают все большее распространение. Однако основные недостатки щелочных батарей является низкое КПД (отдача по энергии) и значительное их внутреннее сопротивление, большое количество банок 26 против 40.

Что собой представляет аккумуляторная батарея вагона:

Аккумуляторные батареи размещаются под вагоном в специальных ящиках, оборудованных вентиляцией для удаления взрывоопасной смеси, образующейся при заряде батареи.

Электролит: водный раствор КОН

Причинами взрыва АБ могут быть:неисправность вентиляции аккумуляторной батареи, наличие огня, не плотность контактов соединительных клемм, наличие «глухих» (короткозамкнутых) аккумуляторов

СКНБП (П- позисторная)

Наличие на электрощите дополнительная лампочка питания и вместо легкоплавкого сплава установлен полупроводниковый терморезистор…

В случаи неисправности электрической цепи срабатывает прерывистый сигнал.

В этом случае проводник не срывает стоп-кран, а вызывает ПЭМ или НЛП

При срабатывании постоянного сигнала СКНБП в независимости от местности срываем стоп-кран.Термодатчик в плавки и вставки расплавляется при t 83-93С

В случаи неисправности СКНБ ИЛИ СКНБП на стоянках более 5 минут проводник обязан проверить нагрев буксового узла

 

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор – это электрическая машина предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую.

Принцип работы генератора постоянного тока

При вращении якоря создается магнитный поток, который возбуждает электрический ток в катушках, после чего этот ток (постоянный!!) идет на потребление.

Постоянный возможен при электромагнитной индукции

Генератор постоянного тока- нужно снимать электрическими специальными щетками

Генератор постоянного тока- статер выполнен виде обмоточного возбуждения

Генератор запускается про скорости движения вагона-40 км в час..

При скорости 40км в час запускается генератор постоянного тока, напряжение генератора больше.

Преимущество. Сразу вырабатывает ток. Не нужен выпрямитель. Обмотка возбуждения на полюсах. Акк.батарея заряжается стабильное напряжение в сети, обеспечивается с помощью релегенератора напряжения (_освещение)

 



infopedia.su

Типы генераторов постоянного тока

В зависимости от способа создания магнитного поля генераторы постоянного тока делятся на три группы: 1) генераторы с постоянными магнитами, или магнитоэлектрические; 2) генераторы с независимым возбуждением; 3) генераторы с самовозбуждением.

Магнитоэлектрические генераторы состоят из одного или нескольких подковообразных постоянных магнитов, в поле которых вращается якорь с обмоткой. Ввиду малой вырабатываемой мощности генераторы этого типа для промышленных целей употребляются в малой степени.

У генераторов с независимым возбуждением обмотка полюсов питается от постороннего, не связанного с генератором, источника постоянного напряжения (аккумуляторы, выпрямители и др.)

Питание обмотки возбуждения полюсов генератора с самовозбуждением осуществляется со щеток якоря самой машины. Принцип самовозбуждения заключается в следующем. При отсутствии тока в обмотке возбуждения якорь генератора вращается в слабом магнитном поле остаточного магнетизма полюсов. Незначительная эдс, индуктируемая в обмотке якоря в этот момент, посылает слабый ток в обмотку возбуждения. Магнитное поле полюсов увеличивается, отчего эдс в проводниках якоря также увеличивается, что, в свою очередь, вызывает увеличение тока возбуждения. Так будет продолжаться до тех пор, пока в обмотке возбуждения не установится ток, соответствующий величине сопротивления цепи возбуждения. Самовозбуждение машины может произойти лишь в том случае, если ток, протекающий по обмотке полюсов, будет создавать магнитное поле, усиливающее поле остаточного магнетизма, и если, кроме того, сопротивление в цепи возбуждения не превышает некоторой определенной величины.

Генераторы с самовозбуждением, в зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря, делятся на три типа:

1. Генераторы с параллельным возбуждением, у которого обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря.

2. Генератор с последовательным возбуждением, у которого обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря.

3. Генератор со смешанным возбуждением, у которого на полюсах имеются две обмотки: одна, включенная параллельно обмотке якоря, и другая, включенная последовательно с обмоткой якоря.

В зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря генератор обладает своими особенностями, своими присущими только ему свойствами.

4. Генератор с независимым возбуждением

Схема генератора этого типа дана на рис. а. Ток возбуждения, подаваемый от постороннего источника напряжения, не зависит от условий работы самого генератора. Реостат в цепи возбуждения позволяет менять величину тока возбуждения, что приводит к изменению магнитного потока машины, а это, в свою очередь, ведет к изменению эдс или напряжения генератора.

а б

Рис.122

Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков медной изолированной проволоки. При постоянном числе оборотов якоря и отсутствии нагрузки генератора ( холостом ходе) эдс машины зависит только от тока возбуждения. Изменяя сопротивление цепи возбуждения, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, можно установить зависимость между эдс генератора и током возбуждения при холостом ходе (рис.122).

При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (i_B=0) вольтметр машины покажет нуль при любом числе оборотов якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением эдс генератора. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая приобретает изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения эдс генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую эдс.

Большое практическое значение имеет внешняя характеристика при неизменных nиI_в, т.е.

Рис.123

Снятие внешней характеристики имеет целью определить изменения напряжения, происходящие в генераторе в результате изменения нагрузки.

Уменьшение напряжения на зажимах генератора с увеличением нагрузки вызывается увеличением реакции якоря и увеличением падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря, так как

(10-1)

Напряжение на зажимах генератора можно поддерживать постоянным при изменении нагрузки путем регулирования тока возбуждения при помощи регулировочного реостата.

studfile.net

Характеристики генератора постоянного тока

Основными величинами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность Р, напряжение на выводахU, ток возбужденияI_в,ток якоряI_яили ток нагрузкиI, частота вращенияn.

Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов, являются:

характеристика холостого хода — зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения:E =f(I_в) приI= 0 иn=n_ном=const;

внешняя характеристика — зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения:U=f(I) приR_в=constиn=const;

регулировочная характеристика— зависимость тока возбужденияI_вот тока нагрузкиI:I_в =f(I) при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора (U=const) иn=n_ном=const.

Свойства и характеристики генератора постоянного тока зависят главным образом от схемы включения обмотки главных полюсов. По этому признаку генераторы делятся на генераторы независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения (рис. 3, а,б,в,гсоответственно). Последние три типа генераторов относятся к генераторам с самовозбуждением.

Рассмотрим процесс самовозбуждения при отключенной нагрузке генератора.

Магнитная цепь машины имеет небольшой остаточный магнитный поток Ф_ост (примерно 2-3 % от номинального). При вращении якоря в поле остаточного магнитного потока в нем наводится небольшая ЭДС, вызывающая некоторый токI_вв обмотке возбуждения, а следовательно, возникает некоторая магнитодвижущая сила возбуждения. По отношению к магнитному потокуФ_остона может быть направлена согласно или встречно. При согласном направлении происходит увеличение остаточного магнитного потока, вследствие чего ЭДС в якоре возрастает, и процесс развивается лавинообразно до тех пор, пока не будет ограничен насыщением магнитной цепи. Если магнитодвижущая сила и магнитный поток будут направлены встречно, то самовозбуждения не будет происходить. Тогда для изменения направления токаI_ввобмотке возбуждения следует переключить концы, подсоединяющие ее к якорю.

Однако процесс самовозбуждения генератора может развиваться, что происходит при определенных условиях. Этими условиями являются:

1) наличие остаточного магнитного потока;

2) совпадение направления остаточного магнитного поля и поля, создаваемого обмоткой возбуждения;

3) значение сопротивления цепи возбуждения меньше критического, т.е. когда ток возбуждения способен достигнуть значения, обеспечивающего на характеристике холостого хода заданное значение ЭДС.

а) б)

в)г)

Рис. 3

Изучение характеристик одного и того же генератора при различных схемах включения его обмоток возбуждения показало, что у генераторов независимого возбуждения можно в широких пределах регулировать напряжение. Поэтому они нашли более широкое практическое применение.

Генераторами независимого возбуждения называют генераторы постоянного тока, обмотка возбуждения которых питается током от постороннего источника электрической энергии.

Далее более подробно рассмотрим основные характеристики генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Характеристика холостого хода (рис. 4) снимается при плавном увеличении тока возбуждения, а затем при плавном его уменьшении при n=n_ном=сonst. Вторая ветвь характеристики идет несколько выше первой, и при токеI_в = 0 в машине есть некоторая ЭДСЕ₀, называемая остаточной.

Вид характеристики холостого хода объясняется тем, что приn=const,Е=с₁nФпропорциональна магнитному потокуФ, а последний — индукцииВ, а ток пропорционален напряженности магнитного поля Н, т.е. ее форма такая же, как у кривой гистерезиса. За расчетную принимают характеристику, проходящую между ветвями экспериментальной кривой (штриховая кривая на рис. 4). Остаточная ЭДСЕ₀ создается за счет индукции, остающейся в магнитной цепи статора после отключения тока возбуждения. Машина рассчитывается таким образом, чтобы в номинальном режиме рабочая точка (I_в,ном,Е_ном) находилась на «колене» характеристики холостого хода (рис. 4), этим обеспечивается получение достаточной ЭДС при относительно небольшом токе возбуждения.

Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением

U=f(I) приI_в=constиn=n_ном%=const(рис. 5,а) характеризует влияние тока нагрузки генератора на напряжение на его выводах. НапряжениеU=E‑IR_япри увеличении нагрузки от нуля до номинальной плавно уменьшается на 5-15 % по двум причинам: из-за падения напряжения на сопротивлении якоряIR_яи уменьшении ЭДСЕиз-за размагничивающего влияния реакции якоря. При перегрузке машины ток в якоре становится недопустимо большим и напряжение сильно падает. При коротком замыкании ток в якореI_япримерно в 10 раз больше номинального и, если генератор быстро не отключить, то его коллектор и обмотка выйдут из строя.

Регулировочная характеристика I_в=f(I) приU =constиn =n_ном=constизображена на рис. 5,б. Начинают снимать ее с холостого хода, когдаI = 0 и I_в=I_в,0.

Эта характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянным напряжение между выводами генератора. Для поддержания постоянства напряжения на выводах якоря в цепь возбуждения включен регулировочный реостат.

а)б)

Рис. 5

studfile.net

Схема, особенности, принцип действия и устройство генератора постоянного тока

Эпоха электрификации началась не так давно и за пару столетий полностью изменила наш образ жизни. Посмотрите вокруг, везде, где только падает глаз, обязательно увидите какой-нибудь электрический прибор. Люди настолько привыкли к разным машинам, которые выполняют за них практически всю работу, что возникает иллюзия, будто бы так было всегда. Но заглянем за сторону завесы, скрывающей от нас процесс жизнедеятельности электрических друзей. Разберем принцип действия и устройство генератора постоянного тока.

Немного истории

Электричество наблюдали еще древние греки. Было замечено свойство янтаря притягивать к себе разные частицы. Люди считали это магнетизмом, присущим смоле. Но позже заметили способность и других материалов приобретать магнетизм. Например, стекло при натирании тоже начинало привлекать к себе мелкие легкие элементы: частицы бумаги, волоски и пыль. Так стало понятным, что магнитный эффект возникает по какому-то закону.

Впоследствии, в XVIII веке, был создан прототип современного конденсатора, окрещенный по имени изобретателя «лейденской банкой». Этот несложный механизм умел накапливать заряд, который в то время считали своеобразной жидкостью, насыщающей твердые тела и способной перетекать от одного тела к другому с поразительной скоростью – на несколько миль за доли секунд.

Когда был открыт атом и его составляющие ядро и электрон, все стало на свои места. Люди поняли, что именно электроны и являются теми зарядами, которые создавали такие необъяснимые явления, как электрические разряды. Но пока это были лишь статические заряды. С опытов Фарадея и Эрстеда берет свое начало электричество, которое мы знаем сейчас. Они изобрели макет-генератор постоянного тока, устройство и принцип действия которого основаны на явлении электродвижущей силы ЭДС.

Сила движения электричества

Как воды реки приводит в движение притяжение земли, так заряженные частицы в проводнике заставляет перемещаться ЭДС. Эта сила тесно связана с магнитным явлением, а именно появляется, как только меняется поток, создаваемый магнитом. ЭДС способна работать только в веществе, где всегда в наличии есть свободные заряды. Таким свойством обладают металлы и солевые растворы.

ЭДС тем больше, чем быстрее изменяется интенсивность магнитных волн. Как известно, магнит два полюса имеет всегда. В соответствии с тем, в каком направлении изменяется поток относительно проводника, ток в проводнике течет в ту или иную сторону. Положительные и отрицательные заряды сами создают между собой энергетическое поле, которое мы называем напряжением, оно тем больше, чем сильнее суммарный электрический заряд одноименного полюса.

Что такое электрический генератор?

Конструкция или машина, которая способна преобразовывать любую механическую силу в электрическую энергию, получила название генератора электричества. Принцип действия и устройство генератора постоянного тока связаны с магнетизмом. Если взять постоянный магнит и пересекать поле его напряженности проводником, то в последнем появляется сила, заставляющая двигаться в одном направлении заряженные частицы – появляется ток. То же самое будет происходить при неподвижном проводнике и движущемся магните.

Экспериментально учеными установлено, что величина тока тем больше, чем больше:

• Величина магнитного потока между полюсами магнита.
• Скорость пересечения линий напряженности.
• Длина токоведущего провода.

Если же перемещать проводник параллельно тому, как идет поток, то индукции в нем не наблюдается. Из этого вывели закон правой руки, который помогает понять, в каком направлении движется ток. При расположении руки правой части тела ладонью так, чтобы в нее входили магнитные линии напряженного поля, а палец большой был отогнут и указывал туда, куда происходит движение проводника, оставшиеся четыре пальца покажут путь тока. В магните вектор движения поля направлен от севера к югу.

Схема работы элементарного генератора

Принцип действия и устройство генератора постоянного тока простого типа следующие: рамка изготовлена из токоведущего материала, насажена на ось и производит вращение между полюсами магнита. Каждый свободный конец рамки подсоединен к своему контакту, имеющему вид дугообразной пластины. Вместе контакты составляют окружность, разорванную в двух точках (коллектор). Эти полукруглые контакты подвижно соединены с подпружиненными проводящими щетками. Они снимают ток.

В пространстве рамка относительно контактов ориентирована так, что при пересечении каждой ее половины участков наибольшей величины магнитного потока щетки замкнуты на контактах. Когда же элементы рамки проходят фазу движения вдоль линий – щеточные контакты разомкнуты с коллектором.

Если подключить осциллограф, видно, что генератор постоянного тока устройство и принцип действия имеет такой, что выдает чередование полуволн, находящихся по одну сторону координат и изменяющих свое значение от нулевого к наивысшему и снова к нулю. Частота следования их зависит от скорости поворота рамки. Это означает, что ток в такой системе движется в одном направлении (постоянный), но имеет пульсирующий вид.

Принцип действия и устройство генератора постоянного тока

Реальный генератор тока постоянного устроен более сложно, хотя принцип его действия ничем не отличается от рассмотренного выше. Вместо одной рамки и пары полукруглых контактов он имеет множество рамок и контактов коллектора. Это, во-первых, повышает мощность такой машины, во-вторых, сглаживает пульсации тока, так как каждая рамка создает свою полуволну, которые, налаживаясь друг на друга, образуют суммарный ток. Такая вращающаяся система получила название якоря или ротора.

Магнит генератора тоже видоизменен. Его роль выполняет электромагнит, состоящий из обмотки и сердечника. Используя электромагниты, можно создавать большой магнитный поток, который не под силу для обычного постоянного. К тому же величину потока можно легко менять. Неподвижная часть генератора названа статором.

В зависимости от режима работы машины во время вращения вала, между статором и ротором наблюдаются следующие процессы:

1. К генератору не подключена нагрузка. В случае такой холостой работы якорь производит вращение, в нем ЭДС наводится, но тока в обмотке нет, так как цепь не замкнута.
2. Генератор постоянного тока, схема устройства которого подключена к цепи, работает в режиме нагрузки. В этом случае в якоре течет ток и появляется новая составляющая – магнитный поток, создаваемый якорем (реакция якоря). Этот поток движется в таком направлении, что противодействует основным силовым линиям, создаваемым электромагнитом. В результате реальная ЭДС будет ниже, то есть снижается мощность генератора. И чем больше нагрузка генератора, тем больше энергии тратится на преодоление реакции якоря при вращении вала.

Чтобы нивелировать магнитный поток якоря, в схему ротора вводят так называемые компенсационные обмотки, в которых образуется магнитный поток, ослабляющий реакцию якоря.

Типы генераторов, вырабатывающих постоянное электричество

Принцип действия и устройство генераторов постоянного тока отличаются по исполнению схемы возбуждения. Они бывают:

• Магнитоэлектрическими. В них для создания магнитного потока применяют постоянные магниты. Такие машины, обычно небольшой мощности, имеют высокий КПД, так как нет потерь в обмотках возбуждения. Недостаток устройств в сложности регулирования.
• Генераторами с независимой схемой возбуждения. Это устройства, обмотка электромагнитов которых запитана от сторонних источников питания: аккумулятора или генератора.
• Самовозбуждающимися генераторами постоянного тока. Такие устройства питают электромагниты от своего же якоря. Главным условием самовозбуждения является остаточный магнитный поток. Конструкция, принцип действия генераторов и схема их включения бывает компаундной, шунтовой и сериесной.

Принцип работы и устройство генератора из электродвигателя

Принцип обратимости электрических машин говорит о том, что любой электродвигатель может быть преобразован в генератор и наоборот. Ведь оба этих устройства используют ЭДС индукции, как основу своей работы. Только в двигателе на ротор подают электрический ток, который, создавая магнитный поток, отталкивается от полюсов магнита статора, совершая вращательное движение.

Если же вал двигателя вращать с определенной скоростью, в обмотках якоря начнет наводиться ЭДС индукции и потечет ток. Ограничение лишь в толщине провода обмотки якоря. Когда провод тонкий, то получить большую мощность у такого генератора не получится.

Где нашел применение источник постоянного тока?

Несмотря на то что постоянное электричество можно получить методом выпрямления переменного, широко используют генератор постоянного тока. Принцип действия, схема такой машины незаменимы на металлургических предприятиях, в мощных электролизных установках заводов. В транспортной промышленности агрегаты работают в электровозах, пароходных судах. Для питания возбуждающих обмоток генераторов переменного тока на электростанциях также применимы источники постоянного напряжения. Для бытовых целей разработаны динамо-машины тока постоянного. Их можно увидеть на велосипедах, где они питают осветительные фары.

Заключение

Генераторы тока постоянной полярности хороши тем, что могут вырабатывать электричество при разной скорости вращения вала. В них не нужно выдерживать четкую частоту, как, например, у генераторов переменного тока, где она должна быть в 50 Гц. Такие машины очень удобно использовать в качестве альтернативных источников электричества, например в ветрогенераторах.

fb.ru