Принцип действия и устройство генераторов постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.

Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.

Виды
Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:
Независимое возбуждение

Электродвигатели с независимым возбуждением запрещается запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как его скорость резко возрастет, и двигатель выйдет из строя.

Параллельное возбуждение

Обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. При такой схеме ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно применять для привода вентиляторов и станков.

Регулировка оборотов двигателя обеспечивается реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.

Последовательное возбуждение
Смешанное возбуждение

Такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, находящихся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.

Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов.

Особенности эксплуатации

Электродвигатели постоянного тока отличаются экологичностью и надежностью. Их главным отличием от двигателей переменного тока является возможность регулировки оборотов вращения в большом диапазоне.

Этот вариант подходит для механизмов с длительным временем простоя, так как при работе реостат сильно нагревается. Повышение оборотов создается путем включения в цепь возбуждающей обмотки реостата.

Для моторов с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяются реостаты для уменьшения оборотов в два раза. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, то это позволит повышать обороты до 4 раз.

Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяют электронными элементами, управляющими скоростью без сильного нагревания.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения с уравнительным проводом

Занятие 70. Принцип работы генераторов переменного и постоянного тока | Основы физики сжато и понятно | Яндекс Дзен монолитные добавочные полюса в двигателях малых размеров не применяются предназначены для улучшения коммутации и располагаются между главными полюсами;. Спрашивайте, я на связи!

Генераторы постоянного тока — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Занятие 70. Принцип работы генераторов переменного и постоянного тока

Открытие Фарадеем явления электромагнитной индукции привело к мысли о возможности создания электрической машины , способной вырабатывать (генерировать) электрический ток.

Первый генератор (он показан на рисунке) был построен в 1832 году:

При вращении подковообразного магнита в катушках, находящихся вблизи его полюсов, вырабатывался ток .

Этот ток совсем не был похож на постоянный ток , создаваемый в проводящей цепи батареей гальванических элементов.

Он как бы метался из стороны в сторону, то и дело меняя своё направление. В отличие от постоянного тока его назвали переменным .

На рисунке показана зависимость мгновенных значений постоянного и переменного тока от времени.

Вскоре был сконструирован другой генератор переменного тока, схема которого показана на следующем рисунке.

Этим схематическим изображением генератора переменного тока мы пользуемся и сейчас, говоря о принципе работы генераторов переменного тока.

Здесь в поле постоянного магнита 1 вращается проволочная рамка 2. Концы провода рамки припаяны к кольцам 3 и 4, вращающимся вместе с рамкой. К кольцам прижимаются пружинящие пластины 5 и 6 (называемые щётками), от которых идут провода к внешней цепи.

При вращении рамки в магнитном поле всё время меняется магнитный поток через её площадь. В рамке появляется индукционный ток , что видно по отклонению стрелки амперметра.

В тексте ниже (см. рис.7) подробно рассмотрено возникновение индукционного тока и его направление в сторонах такой замкнутой рамки.

последовательно соединённых, вместо рамки, изолированных витков проволоки (обмотка) для получения большей ЭДС. индукции.

Рассматривая вращение рамки в магнитном поле, мы говорим только о принципе работы генератора.

В нашем примере рамка могла быть неподвижной, а магнитное поле вращалось бы. Это не принципиально. Главное условие возникновения тока в замкнутом контуре заключается в изменении магнитного потока через этот контур.

Генераторы бывают разной конструкции , о мощных генераторах переменного тока, которые устанавливаются на электростанциях будет говориться в следующей статье.

Итак, на рисунке схематически изображён генератор переменного тока, выше рассмотрен принцип его работы.

То, что ток в таком генераторе получается переменным в то время (в 19 веке) посчитали его недостатком и стали искать возможности превратить переменный ток в постоянный.

Сейчас посмотрим, что для этого делалось и одновременно рассмотрим принцип работы генератора постоянного тока.

На следующем рисунке показано схематическое изображение генератора постоянного тока с коллектором .

Эта модель генератора постоянного тока отличается от рассмотренной выше модели генератора переменного тока лишь тем, что здесь концы рамки соединены не с отдельными кольцами, а с двумя полукольцами коллектора 1, разделёнными друг от друга и одетыми на общую ось с рамкой.

Принцип Действия Генератора и Двигателя Постоянного Тока Смешанное возбуждение

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАТОРА, РЕЖИМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТОРМОЗА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА — Общая электротехника и электроника Встречное включение обмоток параллельного и последовательного возбуждения применяется для получения специальных характеристик. Спрашивайте, я на связи!

Читайте также:
Отделка бетонной лестницы деревом

Генератор постоянного тока: из чего состоит, типы, схема и назначение

РЕЖИМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТОРМОЗА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Наводимая ЭДС совпадает по направлению с током, так же как в генераторе. Но в режиме тормоза ток в цепи якоря создается суммой напряжения сети и ЭДС якоря: U + Е = 1Яя и может существенно возрасти.

Принцип Действия Генератора и Двигателя Постоянного Тока Смешанное возбуждение

Баланс мощностей якоря машины в режиме электромагнитного тормоза равен

и показывает, что мощность потребляемой электроэнергии из сети UI и механическая мощность вращения якоря, преобразуемая в электромагнитную мощность EI, в режиме тормоза превращаются в электрические потери в активном сопротивлении обмотки якоря.

В этом режиме ток якоря, если его не ограничить с помощью дополнительных сопротивлений в цепи якоря, может в несколько раз превысить номинальный.

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока | Полезные статьи. Для обеспечения нормальной работы электроприборов необходимо стабильное напряжение на выводах генератора, независимо от изменения общей нагрузки. Спрашивайте, я на связи!

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Способы подключения электродвигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока производятся зачастую с параллельным, последовательным и независимым типом возбуждения. В зависимости от типа возбуждения маркировка контактов в клеммной коробке различается. Исходя из вида возбуждения, выполняется различное подключение питающего кабеля.

Для начала рассмотрим подключение кабеля к клеммам электродвигателя с независимым возбуждением обмоток.

Принцип Действия Генератора и Двигателя Постоянного Тока Смешанное возбуждение

В кабельный ввод заводим два двухжильных кабеля с жилами серого и синего цветов. Выполняем зачистку кабеля и жил, после чего надеваем на них кабельные наконечники.

После оконцевания производим подключение жил согласно схеме на внутренней стороне крышки клеммной коробки. Для данного подключения используем схему для двигателей с независимым возбуждением, когда напряжение на обмотки возбуждения и якорь двигателя подаются от независимых источников.

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация — Интернет-Клуб Для Автолюбителей Для обеспечения нормальной работы электроприборов необходимо стабильное напряжение на выводах генератора, независимо от изменения общей нагрузки. Спрашивайте, я на связи!

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Принцип действия генератора постоянного тока

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

График тока, выработанного примитивным генератором

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Ротор генератора

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Читайте также:
Применение и особенности оргстекла

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Двигатель постоянного тока

Рис. 4. Двигатель постоянного тока

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Внешняя характеристика ГПТ

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

Читайте также:
Пенобетон или кирпич: что лучше и дешевле, прочнее и шумоизолированее

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

Генератор постоянного тока: принцип работы, популярные модели

Все генераторы постоянного тока (DC generator) представляют собой электротехнические агрегаты, способные продуцировать на выходе напряжение без частотных колебаний, то есть, с постоянной величиной. Подобное оборудование в современном исполнении имеет достаточно сложное устройство, но при этом все модели не отличаются друг от друга по принципиальному способу получения постоянного тока для внешних цепей.

Преимущества таких генераторов состоят в легком весе и компактности, возможности использовать в экстремальных условиях; отсутствии потерь, связанных с вихревыми токами Источник electrikmaster.ru

Принцип работы генераторов постоянного тока

В электродвигателе есть неподвижный статор и вращающийся в нем ротор или якорь. Но при этом вокруг якоря есть два полюса – север и юг (N и S), представляющие собой постоянный магнит, а между ними происходит это вращение. На конце ротора расположены два медных полукольца, изолированных друг от друга, к которым подсоединены концы обмотки – это называется коллектором. К этим самым полукольцам прижимаются графитовые щетки, через которые якорь соединяется с внешней электрической цепью.

Работа прибора основана на использовании закона электромагнитной индукции – в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитный поток, индуцируется ЭДС Источник electricalschool.info

При вращении ротора в статоре непрерывно меняется магнитный поток, который называется ЭДС или электродвижущей силой (electromotive force), зависящей от длины магнитного потока и частоты вращения. Так как магнитные полюса постоянно меняются, то здесь на выходе получают переменный ток. Генератор постоянного тока выравнивает поток следующим образом: в момент изменения тока в статоре одновременно происходит смена коллекторных пластин под щетками и их полярность не меняется (остается прежней), следовательно, ток во внешней электрической цепи будет постоянным. Это и есть принцип действия генератора постоянного тока, хотя в современных мощных устройствах все выглядит гораздо сложнее – там есть дополнительные приборы (катушки) для выравнивания потока, но, тем не менее, принцип всегда остается неизменным.

Один из вариантов подобного подключения показан на схеме, но, тем не менее, принцип всегда остается неизменным Источник m-strana.ru

На верхнем изображении показана схема генератора постоянного тока с независимым включением (ndependent inclusion), который может работать либо последовательно, либо с параллельным возбуждением. Кроме того, генераторы могут быть с самовозбуждением (self-excited), которые работают либо от постоянных магнитов, либо от внешнего источника типа ветряка или аккумулятора (электромагниты). Именно эти характеристики генератора постоянного тока определяют его выбор при покупке, ну и, конечно же, стоимость той или иной модели.

Читайте также:
Надо ли перекапывать землю осенью

Электродвижущая сила генератора

В двухполюсной машине всегда имеется пара параллельных ветвей якорной обмотки, поэтому средняя величина ЭДС в якорной обмотке равна значению E в этой формуле Источник m-strana.ru

В разделе «Принцип работы генераторов постоянного тока» вы видели схемы работы генератора постоянного тока, а теперь поговорим об ЭДС или электродвижущей силе (electromotive force), которая является основой данного устройства, и разберем ее в действии. Представьте себе, что магнитное поле (magnetic field) имеет магнитный поток (magnetic flux) равный величине Ф, при этом якорь вращается с постоянной скоростью n об/мин. В генераторе на поверхности якоря есть дополнительные проводники, пересекающие magnetic flux при вращении и их количество равно z.

Средняя величина индуктированной электродвижущей силы в генераторе прямо пропорциональна величине магнитного потока Φ, числу оборотов якоря n в минуту и числу z активных проводников якоря Источник m-strana.ru

Итак, устройство генератора постоянного тока в современном исполнении предусматривает дополнительные проводники в виде катушек, от количества которых напрямую зависит индуктированная ЭДС. При этом полную мощность такого устройства можно определить по формуле P=EIa. Здесь значение Ia, обозначает величину полного тока на обмотке якоря и если ЭДС постоянна, то полная электрическая мощность всегда будет пропорциональна EIa. Эта мощность может быть больше или меньше в зависимости от скорости оборотов ротора и количества его полюсов.

Кроме того, есть полезная мощность (net power) P1, измеряемая в ваттах, которая поступает на внешнюю цепь, и она равна P1=UI, где литера U подразумевает напряжение в вольтах, а литера I – ампераж (в амперах). Для того чтобы определить промышленный КПД (обозначается, как ɳm), вырабатываемого альтернаторами постоянного тока нужно определить отношение полной мощности к полезной по формуле ɳm= P1/P – так вы узнаете промышленный коэффициент.

Немного о строении генератора

Как и абсолютное большинство других электрических агрегатов, генератор постоянного тока в свой состав включает статор и ротор (якорь) Источник strojdvor.ru

Любая конструкция генераторов постоянного тока подразумевает наличие статора и ротора (якоря). Роторы делают на заводах электрооборудования, и они представляют собой стержни (валы) с металлическими (стальными) пластинами, где есть углубления для обмоток, причем концы обмоток в обязательном порядке будут коммутировать с медным коллектором. Коллектор представляет собой набор медных пластин, которые изолированы друг от друга диэлектриками. Вся эта сборка в целом называется якорем.

Составляющие альтернатора постоянного тока: 1) якорь; 2) сердечник полюса; 3) обмотка полюса; 4) статор; 5) вентилятор; 6) Щетки; 7) коллектор Источник m-strana.ru

Статор в электродвигателе генераторов постоянного тока, помимо своего прямого назначения, исполняет роль корпуса, а к его поверхности изнутри фиксируются постоянные или электрические магниты, где наиболее популярен второй вариант. Сердечники таких магнитов набираются из стальных пластин или же они могут быть отлиты совместно со статором. На корпусе статора в обязательном порядке должны быть отверстия, куда вставляются токосъемные щетки.

Видео описание

Принцип работы генератора переменного тока.

Где используются генераторы постоянного тока

На железнодорожном транспорте (на тепловозах) до 1970-х гг. основным типом тягового генератора был генератор постоянного тока (тепловозы ТЭ3, ТЭ10, ТЭП60, ТЭМ2 и др.) Источник 12mm.ru

В XIX столетии, которое по совместительству является зарей периода электрификации, генераторы, вырабатывающие постоянный ток, были единственным промышленным источником выработки электроэнергии. Также существовали и химические альтернативы, но они обходились очень дорого, впрочем, их стоимость остается высокой и по сегодняшний день – просто посмотрите на цену обычных батареек. Как бы там ни было, но на тот момент отсутствовали источники переменного тока и только с подачи Николо Тесла и других ученых в электрооборудовании начали появляться трансформаторы и асинхронные двигатели, а также появилось трехфазное энергоснабжение – это постепенно вытеснило постоянный ток.

В XX столетии и на сегодняшний день генераторы, вырабатывающие постоянный ток, востребованы в транспорте – в промышленной и обслуживающей сфере:

  • городской транспорт – трамваи и троллейбусы;
  • железнодорожный транспорт – тепловозы разных моделей;
  • автомобильный транспорт – сейчас генераторы старого образца заменили трехфазными генераторами со встроенными преобразователями.

Кроме основных объектов потребления постоянного тока существуют также электротехническое оборудование, где используется такое напряжение. Например, небольшие сварочные аппараты, у которых автономная система питания, а также различные помпы и насосы с мощными пусковыми двигателями. При выборе (покупке) такой техники нужно конкретно выяснить, с какими именно целями будет справляться тот или иной агрегат и только тогда может быть рассмотрена характеристика генератора постоянного тока, необходимого для данного оборудования.

Примечание: для приобретения генератора, вырабатывающего постоянный ток можно посетить магазины с широким ассортиментом электротоваров, торговые центры, а также коммерческие площадки в Интернете (интернет-магазин).

Популярные инверторные генераторы

Помимо классификации генераторов постоянного тока покупателей, как правило, интересует популярность той или иной модели, а также ее технические характеристики, реальное соответствие этим параметрам и возможность сервисного обслуживания. Еще потенциальные покупатели интересуются, были ли претензии к качеству той или иной модели, как выполнялись гарантийные обязательства производителем и, конечно же, стоимость агрегата.

Weekender X3500ie

Эта модель наиболее популярна для частного дома и владельцев выездных торговых точек, а непосредственно двигатель изготовлен по типу японской Honda Источник generator.ua

Модель генератора с карбюраторным двигателем Weekender X3500ie из США относится к числу инверторов, которые обычно находятся на первых позициях в рейтинге популярности и такие агрегаты покупают чаще всего. Несмотря та то, что двигатель изготовлен по прототипу Honda, и это не что иное, как копия, его можно отнести к линейке наиболее экономичных моторов, работающих на бензине – расход топлива составляет всего 250 мл на 1 кВт-час электроэнергии для внешней цепи. В целом номинальная мощность инверторного генератора составляет 3,0 кВт, а максимальная – 3,5 кВт при расходе бензина 0,65 л/час. Такая модель подходит для загородных домов, чтобы обеспечить работу газового котла с циркуляционным насосом, а также бытовой техники.

Читайте также:
Регулятор оборотов для болгарки своими руками.

Преимущества Weekender X3500ie:

  • пуск двигателя генератора может осуществляться либо брелком, либо электростартом;
  • мощности агрегата достаточно для частного дома средней величины;
  • наличие счетчика моточасов напомнит о времени прохождения очередного сервиса;
  • в случае выхода агрегата из строя нужные детали всегда можно найти в магазинах.

Недостатки Weekender X3500ie:

  • потребность своевременной подзарядки батареи;
  • при незначительном недоливе масла реагирует датчик контроля уровня, и двигатель не запускается;
  • ограниченное количество сервисных центров.

Weekender GS950I

Миниатюрный чемоданчик от компании Weekender способен поразить воображения каждого заядлого рыбака, туриста и охотника Источник 50hz.com.ua

Инверторный бензиновый генератор Weekender GS950I представляет собой портативный чемоданчик, который можно брать с собой в турпоход, на охоту или на рыбалку. Такая модель способна вырабатывать от 0,5 до 1,0 кВт при потреблении горючего 0,36 л на 1 кВт-час. Учитывая объем топливного бака, куда помещается 2,1 л, двигатель может бесперебойно работать от 4-х до 12 часов. Безусловно, данный агрегат относится к разряду маломощных, но его ресурса, достаточно для выезда на природу, где может возникнуть потребность в освещении или подключении бытовых электроприборов на ≈220 V. также есть возможность использования Weekender GS950I в качестве резервного питания для небольшого магазина или офиса для работы оргтехники и освещения. Запуск двигателя Subaru-Type на 1,35 л.с. на такой модели осуществляется при помощи тросика, и проблем при этом никогда не возникает.

Преимущества Weekender GS950:

  • модель стабильно обеспечивает ≈220 V без возникновения скачков или просадок напряжения;
  • работа двигателя достаточно тихая, в пределах 56 дБ, есть эффективная система охлаждения;
  • экономия бензина при неполной загрузке инвертора;
  • компактные и стильные параметры.

Недостатки Weekender GS950:

  • нет датчика моточасов;
  • небольшая выходная мощность.

Konner&Sohnen KS 2100i NEW

Это компактная электростанция, которая вырабатывает электрический ток с правильной синусоидой, которая отлично подходит для бытовых целей Источник ks-ukraine.com.ua

Для не очень большого загородного дома можно приобрести инверторный генератор, работающий на бензине, Konner&Sohnen KS 2100i NEW, у которого номинальная выходная мощность составляет 1,6 кВт, максимальная – 1,8 кВт. У агрегата довольно-таки вместительный топливный бак на 5,5 л, а заправляют его маркой АИ-92. Учитывая тот факт, что ток после инвертора имеет правильную синусоиду, устройство можно использовать для газовых котлов с электронным пультом управления, циркуляционных насосов, холодильников, кондиционеров и другой бытовой техники. Уровень шума двигателя составляет 68 дБ, так что его можно размещать в гараже или в сарае, и он не будет особо мешать вашему времяпровождению

Преимущества Konner&Sohnen KS 2100i NEW:

  • инвертор выдает ток с чистой (правильной) синусоидой;
  • у агрегата удобная панель управления;
  • двигатель установлен на прочной стальной раме;
  • легкий ручной запуск устройства.

Недостатки Konner&Sohnen KS 2100i NEW:

  • жалоб и нареканий не поступало.

Konner&Sohnen KS 2000iS NEW

Благодаря продвинутой инверторной технологии, аппарат обеспечивает непрерывную работу самых чувствительных и капризных электрических приборов в доме на несколько часов Источник storgom.ua

Немецкий инверторный генератор Konner&Sohnen KS 2000iS NEW с 4-тактным карбюраторным двигателем работает на бензине марки АИ-92 и выдает номинальную мощность 1,8 кВт, а максимальную – 2,0 кВт. Заполненный топливный бак вместимостью 4 литра позволяет на несколько часов обеспечить бесперебойную работу бытовой техники, причем, не только освещения, но и сложных приборов, где не обойтись без правильной синусоиды, которую должен выдавать инвертор. Масса генератора 18 кг, что позволяет вручную переносить его с места на место и это немаловажный фактор для эксплуатации прибора.

Преимущества Konner&Sohnen KS 2000iS NEW:

  • немецкое качество электродвигателя;
  • упрощенный запуск;
  • система ЭКО позволяет экономить бензин;
  • звукоизоляционный кожух понижает шум до 64 дБ.

Недостатки Konner&Sohnen KS 2000iS NEW:

Видео описание

Модель генератора постоянного тока.

Заключение

Когда вы понимаете, как работает генератор постоянного тока, вам будет проще сделать осознанный выбор при покупке инвертора для своего загородного дома, собственного магазина или офиса. Возможно, вы подберете установку, о которой не было речи в разделе «Популярные инверторные генераторы», но это не столь важно. Главное, чтобы качество альтернатора соответствовало цене, которую вы отдали при его покупке.

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.

Читайте также:
Противопожарные ворота — особенности выбора

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.

Изучаем генераторы постоянного и переменного тока

Работа электронного оборудования, бытовых электрических сетей и автомобилей прямо зависит от генераторов. Статья подробно раскроет тему, что такое генераторы постоянного и переменного тока. Будет описан каждый тип этих устройств, разновидности, принцип работы.

Читайте также:
Самые необычные здания в мире фото

Одна из первых силовых машин

Принцип работы

Простейший генератор переменного тока состоит из следующих частей:

  1. 2 постоянных разнополюсных магнита.
  2. Рамки из медной проволоки.
  3. Контактных колец, с которых снимается полученное напряжение.

Принцип работы генератора переменного тока

Работает простой альтернатор по следующему принципу:

  1. Постоянные магниты создают магнитное поле.
  2. При вращении медной рамки, эти поля пересекаются самой рамкой.
  3. При пересечении полей, на рамке образуется электричество.
  4. При отсутствии пересечения, напряжение пропадает.

Генератор переменного тока

Рамка, осуществляя одно полное вращение, дважды пересекает магнитное поле. Таким образом направленность ЭДС меняется на противоположную. Смена направленности ЭДС приводит к возникновению синусоидального или переменного тока.

В таком эксперименте прослеживается не только смена направленности ЭДС, но и полная потеря электрического напряжения. Для того чтобы этот эффект сошел на нет, генератор переменного тока оснащается приводом. Привод используется для постоянного вращения якоря генератора, с целью минимизации потери напряжения и поддержания его на заданном уровне. Генераторы приводятся в действие несколькими способами. Это может быть двигатель внутреннего сгорания, передаточное вращение от энергии воды, пара, сжигания нефти или газа, энергия ветра.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока устроены и работают по принципу простейшего экспериментального альтернатора. Эти устройства состоят из следующих элементов:

  1. Ротор. Представляет собой металлический сердечник, надетый на основной вал генератора. Ротор может быть оснащен обмоточным проводом или не иметь его. Все зависит от типа устройства. Ротор подвижная часть устройства. Приводится в движение за счет приводного механизма (двигателя, турбины, лопастей).
  2. Статор. Неподвижная часть, которая так же оснащена медной обмоткой. Обмотка помещена в специально прорезанные пазы, имеет изоляцию между металлическим корпусом и самим проводом.
  3. Контактные кольца с щетками или коллектором. Эти элементы используются для подачи постоянного напряжения к обмоткам для их первоначального возбуждения. Также коллектор используется в качестве выпрямителя. Он предотвращает смену направленности.

Устройство генератора переменного тока

Работает такой генератор по следующему принципу:

  1. Ток возбуждения поступает на обмотку статора, который является постоянным магнитом. Далее происходит образование магнитного поля.
  2. Вращающийся ротор с обмоткой также становится постоянным магнитом. Из-за этого создается ЭДС между статором и ротором.
  3. Во время вращения происходит пересечение магнитного поля, за счет чего образуется переменный ток.
  4. Ток поступает через коммутационный щеточный узел в подключенную цепь.

Генераторы переменного тока имеют множество разновидностей. Они отличаются по:

  1. Классификации. Могут быть синхронными и асинхронными. Синхронные зависимы от частоты вращения и частоты переменного ЭДС. Такие генераторы легко определить визуально. Их подвижный ротор имеет обмотку. Асинхронные не имеют обмотки на роторе. Они не зависят от частоты вращения, более устойчивы к изменению частоты оборотов и не подвержены быстрому нагреву во время коротких замыканий.
  2. По способу возбуждения. Выделяются 4 основных типа: от постороннего источника питания; самовозбуждающиеся; от более мощного генератора, который работает совместно с основным; от постоянного магнита.
  3. По количеству фаз. Различаются одно-, двух- и трехфазные модели. Самыми распространенными являются трехфазные типы устройств.
  4. По способу соединения обмотки статора. Основных схем существует 2 — это треугольник и звезда. Отличаются эти две схемы способом соединения. Когда используется «звезда», то все концы обмоток соединены в одной точке. «Треугольник» — предусматривает последовательное соединение всех концов обмотки.
  5. По конструкции. Генераторы переменного типа могут быть: с неподвижным статором или с неподвижным ротором.
  6. По способу преобразования энергии.

Также генераторы могут отличаться по способу эксплуатации. Они бывают стационарными или переносными.

Преимущества

Преимущество генераторов переменного тока заключается в следующем:

  1. Возможность получения электрического тока при использовании различных приводов. Таким образом есть возможность преобразования практически любого вида энергии в электрический ток.
  2. Выработка тока даже при малых оборотах вала.
  3. Отсутствие ограничителей, регуляторов и реле.
  4. Токосъемное устройство значительно надежнее.
  5. Высокий срок службы.
  6. Низкие затраты на производство.
  7. Подача переменного напряжения как в сложно разветвленные сети, так и к отдельным бытовым потребителям.

Достоинство генераторов переменного тока состоит еще и в том, что на их основе можно легко создать устройство для выработки постоянного тока.

Недостатки таких устройств следующие:

  1. Зависимость от частоты вращения.
  2. Подверженность нагреву обмотки в результате возникновения нагрузки.
  3. Сложный ремонт и замена обмотки.
  4. Потребность в выпрямителе тока.

Генераторы постоянного тока

Устройство генератора постоянного тока ничем не отличается от устройства, которое вырабатывает переменный ток. Первые генераторы постоянного тока отличались только наличием полуколец для отвода электрического тока. Принцип их работы заключался в том, что щеткой снималось напряжение только определенного полюса. Например, одна снимала только «+», а вторая только минус. Таким образом в цепь передавался постоянный ток. Главным недостатком таких устройств является высокая зависимость напряжения от частоты оборотов якоря. При снижении оборотов напряжение падает, а при увеличении стабилизируется на необходимом уровне. Но высокое число оборотов приводит к разбалансировке якоря, быстрой выработке самих щеток и удерживающих якорь подшипников.

Принцип работы генератора постоянного тока

Для получения постоянного тока с малым напряжением используются генераторы с выпрямителем или диодным мостом. Конструктивно этот механизм относится к генераторам асинхронного типа.

Принцип преобразования переменного тока в постоянный на примере автомобильного генератора постоянного тока:

  1. Генератором вырабатывается переменный ток. При этом устройство имеет трехфазную обмотку, соединенную по схеме «звезда».
  2. С каждой фазы ток поступает на один из 6 диодов, из которых состоит мост. За 1 период в преобразовании задействуется 2 диода для каждой фазы.
  3. Смена потенциала тока на каждой фазе заставляет диоды пропускать ток только в определенном направлении.

Таким образом происходит сглаживание синусоиды. Через открытую сторону каждого диода проходит только ток положительного значения. На выходе с диодов снимается только положительное значение или «+». В схеме может присутствовать 6 или 8 диодов. Каждая пара диодов называется плечом. 8 полупроводников используются для схемы типа «звезда». Дополнительная пара подключается к нулевому контакту на статоре. Такие выпрямители более мощные. Они обеспечивают примерно на 15 % больше напряжения во время работы на холостом ходу.

Читайте также:
Скиммер для бассейна: выбор, установка, изготовление своими руками

Также существуют схемы, в которых может быть задействовано до 11 диодов. Такие генераторы получают питание регулятора и обмоток за счет дополнительных пар полупроводников.

Генератор постоянного тока

В таких генераторах имеется электронное реле выпрямителя. Это устройство обеспечивает контроль выработанного напряжения, сглаживает скачки напряжения, предотвращает нагрев обмотки и возникновение нагрузок при коротких замыканиях.

Устройство генератора постоянного тока

  1. Отсутствие зависимости от перепада оборотов вала.
  2. Выработка только постоянного напряжения.
  3. Возможность регулировки выработанного напряжения.

Недостаток таких механизмов только в разбалансировке вала и стирании щеток при больших, неконтролируемых оборотах.

Различия

Далее необходимо будет разобраться, в чем основные отличия генераторов переменного и постоянного тока. Они заключаются в следующем:

  1. Генератор постоянного тока оснащается полукольцом для изменения направленности тока.
  2. Для получения постоянного напряжения может использоваться диодный мост.
  3. Необходимость использования реле регулятора.
  4. Также есть отличие при зависимости от частоты оборотов приводного механизма.

Например, автомобильный генератор не может заряжать аккумулятор при работе на холостом ходу. В этом режиме двигатель машины вращается с частотой 800 оборотов/мин. Таких оборотов не хватает, чтобы выработать зарядный ток достаточной мощности.

  1. Генератор постоянного тока оснащается полукольцом для изменения направленности тока.
  2. Для получения постоянного напряжения может использоваться диодный мост.
  3. Необходимость использования реле регулятора.
  4. Также есть отличие при зависимости от частоты оборотов приводного механизма.Например, автомобильный генератор не может заряжать аккумулятор при работе на холостом ходу. В этом режиме двигатель машины вращается с частотой 800 оборотов/мин. Таких оборотов не хватает, чтобы выработать зарядный ток достаточной мощности.
  5. Использование соединения типа «треугольник» не используется в генераторах постоянного напряжения. Причина кроется в том, что происходит скачкообразное изменение фазных ЭДС во времени. В электромашинах переменного типа такие изменения более сглажены.
  6. Устройства, вырабатывающие электричество, не имеют особой конструктивной разницы. Но генераторы постоянного типа требуют большего контроля со стороны человека. Электромашины переменного типа более надежны, требуют меньшего вмешательства, так как часто не оснащаются сложным электронным оборудованием для регулировки и контроля напряжения.
  7. Переменное напряжение вырабатывается при меньших затратах на медную обмотку, при этом габаритные размеры таких генераторов могут быть значительно меньше.
  8. Для выработки зарядного тока, генератор должен работать через передаточный механизм. Только так можно добиться мгновенной выработки нужного значения при малых оборотах.

Использование электрических машин, вырабатывающих постоянный ток не является целесообразным. Это связано с тем, что они менее надежные. Гораздо менее затратными являются устройства для выработки переменного напряжения, которые оснащены выпрямителями. Такой механизм может работать практически на любых оборотах с сохранением нужного напряжения и имеет защиту от перегрузок. Габариты такого устройства будут намного меньше, при том что выходная мощность устройств будет одинаковой.

Заключение

Переменные и постоянные генераторы имеют схожую конструкцию. Отличаются они только необходимостью преобразования тока из одного значения в другое. Генераторы постоянного тока при этом имеют более сложную схему, и во время их работы требуется контроль со стороны человека.

Общие сведения о генераторах постоянного тока

Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток. Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки. При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.

Альтернатор постоянного тока

Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.

Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.

Принцип действия генератора

Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.

Якорь

Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.

Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.

Вам это будет интересно Как подключается датчик движения

Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.

Устройство машины постоянного тока

Установка состоит из главных узлов:

  • неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
  • вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.
Читайте также:
Плюсы установки двери-купе на кухню

В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.

Классификация

Существуют генераторы постоянного тока с независимым возбуждением обмоток, с самовозбуждением. Последние модели используют электричество, которое ими же вырабатывается. По способу объединения обмоток якорей альтернаторы делят на устройства с возбуждением следующих типов:

  • смешанным;
  • параллельным;
  • последовательным.

Схема генератора постоянного тока представлена на картинке 5.

Схемы альтернатора

С параллельным возбуждением

Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения. В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку. В противном случае при разъединении цепи возбуждения внезапно повысится ЭДС самоиндукции, что может повредить изоляционный материал. В состоянии непродолжительного замыкания энергия превращается в тепловую, чем предотвращается разрушение устройства.

Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.

Читайте также: Схемы подключения УЗО в однофазной и трехфазной сети: варианты монтажа и правила безопасности

Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.

С независимым возбуждением

Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока. На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря. Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.

Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.

С последовательным возбуждением

Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.

Вам это будет интересно Процедура замены электросчетчика

В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.

Со смешанным возбуждением

Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:

  • основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
  • вспомогательная — подключена последовательным способом.

В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения. Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток). А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения

Различаются генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением (рисунок 1, а), в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. Генераторы последнего типа изготавливаются только на малые мощности. В данной главе рассматриваются генераторы с электромагнитным возбуждением.

В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе.

Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3 – 5% номинальной мощности машины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вторая – к машинам мощностью около 1 кВт.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на 1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые (рисунок 1, б), 2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные (рисунок 1, в), и 3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные (рисунок 1, г).

Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, расположенные на общих главных полюсах: параллельную и последовательную. Если эти обмотки создают намагничивающую силу одинакового направления, то их включение называется согласным; в противном случае соединение обмоток называется встречным. Обычно применяется согласное включение обмоток возбуждения, причем основная часть намагничивающей силы возбуждения (65 – 80%) создается параллельной обмоткой возбуждения.

Схемы генераторов и двигателей постоянного тока

Рисунок 1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки – направления токов в режиме генератора, штриховые – в режиме двигателя)

На рисунке 1, г конец параллельной обмотки возбуждения (от реостата возбуждения) подключен за последовательной обмоткой возбуждения («длинный шунт»), однако этот конец может быть присоединен и непосредственно к якорю («короткий шунт»). Существенной разницы в этих вариантах соединения нет, так как падение напряжения в последовательной обмотке составляет только 0,2 – 1,0% от Uн и ток iв мал. Обычно применяется соединение, изображенное на рисунке 1, г.

В генераторе параллельного возбуждения ток возбуждения составляет 1 – 5% от номинального тока якоря Iан или тока нагрузки Iн = Iан – iв. В генераторах последовательного возбуждения эти токи равны друг другу: iв = Iа = I и падение напряжения на обмотке возбуждения при номинальной нагрузке составляет 1 – 5% от Uн. Обмотки возбуждения у генераторов параллельного возбуждения имеют большое число витков малого сечения, а у генераторов последовательного возбуждения – относительно малое число витков большого сечения.

Читайте также:
Садовая дорожка: из каких материалов?

В цепях обмоток параллельного возбуждения, а часто также в цепи обмотки независимого возбуждения для регулирования тока возбуждения включают реостаты Rр.в (рисунок 1, а, б, и г).

Крупные машины постоянного тока работают с независимым возбуждением. Машины малой и средней мощности большей частью имеют параллельное или смешанное возбуждение. Генераторы с последовательным возбуждением менее распространены.

Рисунок 2. Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения

Технические параметры

Работа генератора определяется зависимостью между основными величинами, которые являются его главными характеристиками:

  • отношения между величинами на холостом ходу;
  • внешние параметры;
  • регулировочные значения.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока крайне важна, так как раскрывает взаимосвязь напряжения и нагрузки. Она отображена на графике. Согласно последнего наблюдается незначительное уменьшение напряжения, но оно почти не зависит от нагрузочного тока (если сохраняется скорость оборотов двигателя).

Внешняя характеристика ГПТ

В устройствах с параллельным возбуждением больше выражено влияние нагрузки на напряжение. Это объясняется уменьшением тока в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее будет уменьшаться напряжение на зажимах агрегата.

Свойства ГПТ с параллельным возбуждением

Если увеличить величину тока при последовательном возбуждении, то вырастет ЭДС. Но напряжение не достигнет высокого значения электродвижущей силы, так как часть энергии уйдет на потери от вихревых токов.

Свойства ГПТ с последовательным возбуждением

При достижении напряжением максимального значения и одновременным увеличением нагрузки, первое начинает стремительно снижаться в то время, как кривая электродвижущей силы продолжает подниматься. Это считается большим недостатком, ограничивающим использование генератора такого типа.

В устройствах со смешанным возбуждением предвиденные встречные подключения обеих катушек. Конечная сила при однонаправленном подключении равняется сумме векторов намагничивающих сил, при встречном — их разнице.

Вам это будет интересно Электросчетчик Меркурий 201

При равномерном увеличении нагрузки напряжение на зажимах почти не меняется. Оно будет расти лишь тогда, если число проводов последовательной обмотки превышает число витков, которое соответствует номинальному возбуждению якоря.

Свойства ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением применяются в том случае, если нужно ограничить токи короткого замыкания. К примеру, при подсоединении аппаратов для сварки.

Важной характеристикой генератора считается его КПД — соотношение полезной и полной мощности: η = P 2 / P1. При холостом ходе такое отношение равно нулю (η=0). При номинальных нагрузках КПД достигнет максимального значения. Мощные агрегаты имеют коэффициент полезного действия около 90 %.

КПД

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

Реакция якоря

Если к альтернатору подключить внешнюю нагрузку, то электротоки его обмотки создадут магнитное поле. Тогда возникнет сопротивление полей якоря и статора. Поле будет самым сильным в тех местах, где ротор приближается к магнитным полюсам, очень слабым — в точках максимального удаления. Ротор чувствует магнитное насыщение стальных катушечных сердечников. Сила реакции напрямую зависит от насыщенности в проводах. В результате на пластинках коллекторов будет происходить искрение щеток.

Реакция ротора

Уменьшение реакции достигается при использовании восполняющих магнитных полюсов или передвижением щеток с линии оси.

Основные характеристики

Оценка функциональности агрегатов данного вида производится с учетом таких основных параметров, как:

  • характеристика холостого хода. Отображает зависимость электродвижущей силы от магнитного потока. При отключении нагрузки генератора постоянного тока источником ЭДС выступает магнитный поток агрегата;
  • регулировочная характеристика позволяет определить зависимость между током возбуждения и нагрузкой при константе оборотов и напряжения на клеммах генератора. Данная характеристика указывает на пределы регулировки тока возбуждения таким образом, чтобы, изменяя ток нагрузки, сохранять напряжение на зажимах установки неизменным;
  • внешняя характеристика — электрическое равновесие генератора, зависимость выходного напряжения установки от тока нагрузки при постоянной скорости вращения напряжения в цепи возбуждения.

В каталоге представлен широкий ассортимент электростанций, как небольших для бытовых нужд, так и мощных промышленных генераторов. Если Вас интересует информация о дизель генераторах постоянного тока, цена и условия доставки, предлагаем воспользоваться помощью наших квалифицированных специалистов: всего один телефонный звонок отделяет Вас от лучшего решения проблемы электроснабжения объекта! Звоните — мы гарантируем оперативный и профессиональный сервис.

Где используются

Еще совсем недавно генераторы постоянного тока устанавливались на транспорте для железных дорог. Но сейчас их вытесняют синхронные трехфазные устройства. Переменный ток синхронных агрегатов выпрямляют полупроводниковыми установками. Некоторые новые локомотивы используют асинхронные двигатели, которые работают на переменном токе.

Применение ГПТ

Такие же обстоятельства и с автогенераторами, которые постепенно замещают асинхронными устройствами с дальнейшим выпрямлением.

Сварочный генератор

Стоит заметить, что передвижное оборудование для сварки (имеющие автономное питание) обычно находится в паре с таким генератором. Отдельные отрасли промышленности продолжают применять мощные агрегаты описанного типа.

Разновидности устройств

В зависимости от типа обмотки возбуждения выделяют генераторы постоянного тока:

Ссылка на основную публикацию